一种伺服驱动电缸的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种伺服驱动电缸的控制系统，包括上位机、运动控制模块、伺服驱动器、执行器、电缸和数据采集模块，特点是运动控制模块中设置有电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，优点是能够将设定的目标运行频率及振幅参数转换成对电机实际的控制参数，即目标位置、目标速度和目标加速度，实现对电缸的控制；伺服驱动器以开环定位模式运行，只有在电缸具有较大的位置偏差时才控制伺服驱动器停止运行，因此能达到一个更高的控制响应周期，从而满足设计要求的高频正弦波轨迹运动及保证运动的连贯性。

A Control System of Servo-driven Cylinder

【技术实现步骤摘要】
一种伺服驱动电缸的控制系统
本专利技术涉及一种电缸的控制系统，尤其是一种伺服驱动电缸的控制系统。
技术介绍
伺服电机在工业控制领域存在广泛应用，开放式的伺服运动算法能够满足一些特殊复杂的运动控制要求。在弹性体测试项目中的应用需要伺服电缸单轴做一系列高速高频率的类正弦波轨迹运动。传统的控制方式是采用传统的位置模式、速度模式或扭矩模式，能够通过自身或外部信号实现闭环控制达到精确的目标位置。在进行伺服定位控制的时候，伺服内部的闭环算法会通过位置闭环计算出所需速度、通过速度闭环计算出所需的加速度、加速度参数是调节电机功率输出的重要参数来控制电机运动。由于各种调节控制环节都存在时序、响应延迟特性，所以在处理多段定位或高频、高速不规则轨迹运动的时候会带来定位运动的非连贯性和迟滞性，严重的影响连续高频运动定位精度及速度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种伺服驱动电缸的控制系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种伺服驱动电缸的控制系统，包括上位机、运动控制模块、采用开环定位模式运行的伺服驱动器、执行器、电缸和数据采集模块，所述的伺服驱动器内设置有预设有位置最大偏差阈值的位置偏差监控模块，所述的上位机用于设置宏观控制参数并发送至所述的运动控制模块，所述的运动控制模块用于将接收到的宏观控制参数进行解析处理后得到底层控制数据并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的底层控制数据控制所述的执行器带动所述的电缸运转，所述的数据采集模块用于采集所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号，并将所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号分别发送至所述的上位机、所述的伺服驱动器及所述的位置偏差监控模块，所述的运动控制模块中设置有电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，所述的宏观控制参数包括正弦波振幅p、目标运行频率f和运行总周期，所述的正弦波运算解析模型用于根据所述的宏观控制参数在包括Y轴和X轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，所述的X轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度Vx=360°×f，所述的正弦波运动模型的Y轴坐标y与所述的X轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示电缸的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，所述的电子凸轮模块用于按照x的值获取所述的正弦波运动模型上的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度控制所述的执行器带动所述的电缸运行，所述的位置偏差监控模块用于当接收到的实时位置信号与对应的Y轴上的目标位置数值的偏差超出预设的位置最大偏差阈值时控制所述的伺服驱动器停止工作。所述的电子凸轮模块获取所述的正弦波运动模型上的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度的具体过程如下：在正弦波运动模型上将一个周期内的正弦曲线段上取N个采样点，根据每个采样点对应的X轴坐标获取每个采样点对应的Y轴坐标，则该正弦曲线段上任意相邻两个采样点间的沿Y轴方向的距离Sy（i）为：Sy（i）=y（i+1）－y（i），其中y（i）表示正弦波运动模型上任意一个采样点的Y轴坐标，i为该采样点的序号，1≤i＜N，y（i+1）表示第i+1个采样点的Y轴坐标，该正弦曲线段上第i个采样点与第i+1个采样点之间的沿X轴方向的距离Sx（i）为：Sx（i）=360°/N，由此得到该正弦曲线段上任意相邻两点间的运行时间Δt，Δt=Sx（i）/Vx=1/(N×f)，则第i个采样点沿Y轴方向的目标速度Vy(i)：Vy(i)=Sy（i）/Δt=N×f×p×(sin(x(i+1))-sin(x(i)))/2，第i个采样点沿Y轴方向的目标加速度a（i）为：a（i）=（Vy(i+1)-Vy(i)）/Δt=N²×f²×p×（sin(x(i+2))-sin(x(i))。所述的执行器包括伺服马达、减速机和联轴器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的底层控制数据控制所述的伺服马达运转，所述的伺服马达的输出轴依次通过所述的减速机及所述的联轴器带动所述的电缸运转。与现有技术相比，本专利技术的优点在于在上位机中设置宏观控制参数并发送至运动控制模块，运动控制模块将接收到的宏观控制参数进行解析处理后得到底层控制数据并发送至采用开环定位模式运行的伺服驱动器，伺服驱动器根据接收到的底层控制数据控制执行器带动电缸运转，数据采集模块采集电缸的实时位置信号与输出压力信号，并将电缸的实时位置信号与输出压力信号分别发送至上位机、伺服驱动器及位置偏差监控模块，伺服驱动器采用开环定位模式运行，在运动控制模块中设置电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，从而将设定的目标运行频率及振幅参数转换成对电机实际的控制参数，即目标位置、目标速度和目标加速度，其中，上位机接收电缸的实时位置信号与输出压力信号作为测试分析用，伺服驱动器和位置偏差监控模块接收电缸的实时位置信号与输出压力信号作为误差分析及控制过程监控用，其中当接收到的实时位置信号与对应的Y轴上的目标位置数值的偏差超出预设的位置最大偏差阈值时控制伺服驱动器停止工作并产生相应的报警信号；通过关闭伺服驱动器自身的位置控制环，保留反馈通道接入位置偏差监控模块，将伺服驱动器的控制过程以开环定位模式运行，只有在监控到电缸的实际位置与目标位置的偏差超过系统设定的位置最大偏差阈值时才控制伺服驱动器停止运行并产生错误警告信号，所以能达到一个更高的控制响应周期，从而满足设计要求的高频正弦波轨迹运动及保证运动的连贯性。附图说明图1为本专利技术的系统原理框图；图2为本专利技术的部分结构框图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种伺服驱动电缸的控制系统，包括上位机1、运动控制模块2、采用开环定位模式运行的伺服驱动器3、执行器4、电缸5和数据采集模块6，伺服驱动器3内设置有预设有位置最大偏差阈值的位置偏差监控模块7，上位机1用于设置宏观控制参数并发送至运动控制模块2，运动控制模块2用于将接收到的宏观控制参数进行解析处理后得到底层控制数据并发送至伺服驱动器3，伺服驱动器3用于根据接收到的底层控制数据控制执行器4带动电缸5运转，数据采集模块6用于采集电缸5的实时位置信号与输出压力信号，并将电缸5的实时位置信号与输出压力信号分别发送至上位机1、伺服驱动器3及位置偏差监控模块7，运动控制模块2中设置有电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，宏观控制参数包括正弦波振幅p、目标运行频率f和运行总周期，正弦波运算解析模型用于根据宏观控制参数在包括Y轴和X轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，X轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度Vx=360°×f，正弦波运动模型的Y轴坐标y与X轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示电缸5的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，电子凸轮模块用于按照x的值获取正弦波运动模型上的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度并发送至伺服驱动器3，伺服驱动器3用于根据接收到的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伺服驱动电缸的控制系统，其特征在于包括上位机、运动控制模块、采用开环定位模式运行的伺服驱动器、执行器、电缸和数据采集模块，所述的伺服驱动器内设置有预设有位置最大偏差阈值的位置偏差监控模块，所述的上位机用于设置宏观控制参数并发送至所述的运动控制模块，所述的运动控制模块用于将接收到的宏观控制参数进行解析处理后得到底层控制数据并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的底层控制数据控制所述的执行器带动所述的电缸运转，所述的数据采集模块用于采集所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号，并将所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号分别发送至所述的上位机、所述的伺服驱动器及所述的位置偏差监控模块，所述的运动控制模块中设置有电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，所述的宏观控制参数包括正弦波振幅p、目标运行频率f和运行总周期，所述的正弦波运算解析模型用于根据所述的宏观控制参数在包括Y轴和X轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，所述的X轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度Vx=360°×f，所述的正弦波运动模型的Y轴坐标y与所述的X轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示电缸的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，所述的电子凸轮模块用于按照x的值获取所述的正弦波运动模型上的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度控制所述的执行器带动所述的电缸运行，所述的位置偏差监控模块用于当接收到的实时位置信号与对应的Y轴上的目标位置数值的偏差超出预设的位置最大偏差阈值时控制所述的伺服驱动器停止工作。...

【技术特征摘要】
1.一种伺服驱动电缸的控制系统，其特征在于包括上位机、运动控制模块、采用开环定位模式运行的伺服驱动器、执行器、电缸和数据采集模块，所述的伺服驱动器内设置有预设有位置最大偏差阈值的位置偏差监控模块，所述的上位机用于设置宏观控制参数并发送至所述的运动控制模块，所述的运动控制模块用于将接收到的宏观控制参数进行解析处理后得到底层控制数据并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的底层控制数据控制所述的执行器带动所述的电缸运转，所述的数据采集模块用于采集所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号，并将所述的电缸的实时位置信号与输出压力信号分别发送至所述的上位机、所述的伺服驱动器及所述的位置偏差监控模块，所述的运动控制模块中设置有电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，所述的宏观控制参数包括正弦波振幅p、目标运行频率f和运行总周期，所述的正弦波运算解析模型用于根据所述的宏观控制参数在包括Y轴和X轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，所述的X轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度Vx=360°×f，所述的正弦波运动模型的Y轴坐标y与所述的X轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示电缸的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，所述的电子凸轮模块用于按照x的值获取所述的正弦波运动模型上的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度并发送至所述的伺服驱动器，所述的伺服驱动器用于根据接收到的每个点的Y轴坐标、每个点对应的沿Y轴方向的目标速度和沿Y轴方向的目标加速度控制所述的执行器带动所述的电缸运行，所述的位置偏差监控模块用于当...

【专利技术属性】
技术研发人员：余洪舟，
申请(专利权)人：宁波高悦精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33