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运动控制配置文件的基础知识第2部分斜坡配置文件

时间:2021-07-05 来源网站:荆州化工机械网

运动控制配置文件的基础知识,第 2 部分:斜坡配置文件

电机如何将其角位置或旋转速度从起点提升到预期目标值是现代电机控制器以多种方式解决的复杂话题。

第 1 部分介绍了与电机和运动控制相关的问题。本部分将重点讨论电机斜坡和轨迹选项的主题中国机械网okmao.com。如何引导电机及其负载从初始位置或速度从起点移动到目标目标,同时管理加速度和精度是一个复杂的、多方面的话题。

然而,有一些基本和众所周知的方法由于其简单性和相对有效性而被广泛使用:梯形和 S 曲线。我们可以在点对点移动的上下文中查看它们,其中负载从停止加速到恒定速度,然后减速,使得最终加速度和速度在负载到达的那一刻为零在编程的目的地。

显而易见的方法是通过梯形轮廓,它只有三个 3 阶段:恒定加速、恒定速度和恒定减速。梯形轮廓在这些阶段之间具有瞬时转变(图 1)。在梯形轮廓中,相变处的加加速度(加速度的变化率)是无限的(当然,仅在理论上,但在现实中并非如此)。此配置文件具有在最短的时间内从头到尾的优点。

坡道剖面

在许多情况下,开头和结尾的混蛋是不可接受的。它不仅会导致负载中断或破损,而且通常会对电机组件本身造成物理伤害。最后,它可能会引发电机和负载的共振,任何此类共振都意味着电机/负载定位的准确性会降低,甚至可能变得难以管理或控制,因为共振往往会形成自己的“生命”。

梯形的另一种选择是 S 曲线,它是梯形轮廓的超集(图 2)。S 曲线运动曲线有七个阶段。在阶段 I,负载从静止状态以线性增加的加速度移动,直到达到最大加速度。在阶段 II 中,轮廓以其最大加速度加速,直到它在接近最大速度时开始下降。(这发生在阶段 III 中,当加速度线性减小直到达到零时。)在阶段 IV,控制速度是恒定的,直到减速开始,然后以与阶段 I、II 和 III 对称的曲线减速。

请注意,较简单的梯形轮廓仅具有 S 曲线轮廓的三个阶段:#2(恒定加速)、#4(恒定速度)和 #6(恒定减速)。

除了这些基本的斜坡曲线外,许多供应商还提供旨在提高性能的一个或多个方面的专有增强或“扭曲”。例如——这只是众多可用的其中之一——Trinamic Motion Control GmbH & Co. KG(现在是 Maxim Integrated Products, Inc. 的一部分)提供了他们的 SixPoint? 配置文件,该配置文件增加了用户可配置的启动/停止频率和等待期间(图 3)。将此添加到线性运动配置文件可确保机械系统中的所有振荡都消失了,它们保持支持更快的定位,因为它消除了由梯形斜坡引起的共振。

图 3:来自 Trinamic Motion Control 的 SixPoint? 配置文件声称比标准 S 曲线提高了运动结束性能,产生更清晰的停止和更少的共振问题。(图片:Trinamic 运动控制)

Trinamic 表示,这种速度斜坡曲线还增加了高速下的降低加速度值,从而减少了标准加速斜坡结束时的抖动。这种斜坡曲线允许通过额外的加速段进行更快的定位,但不会产生不良后果。

当然,在“纸上”勾勒出所需的轮廓是一回事,但在现实中实现则是另一回事。系统惯性、共振和其他因素使情况大大复杂化,必须加以考虑,并且增加了摩擦、弯曲、间隙和松弛的复杂性。确定轮廓“S”部分的曲率(如果使用了该部分)只是设计师必须解决的问题之一。

对于闭环系统,回路参数必须根据回路和负载动态进行“调整”,根据负载的性质和恒定性,调整范围从相当简单到非常困难。对控制系统和回路进行建模并模拟其性能涉及许多高级方程或专门的应用程序包(例如来自 The MathWorks 或 ComSol),它们具有大大简化任务的功能。