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1、(10)申请公布号 CN 103163822 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103163822 A *CN103163822A* (21)申请号 201110425805.7 (22)申请日 2011.12.19 G05B 19/06(2006.01) (71)申请人 苏州汇川技术有限公司 地址 215000 江苏省苏州市吴中区吴中经济 开发区旺山工业园友翔路北侧 申请人 深圳市汇川技术股份有限公司 (72)发明人 匡两传 (74)专利代理机构 深圳市顺天达专利商标代理 有限公司 44217 代理人 陆军 (54) 发明名称 电子凸轮控制装置及方法 (57) 摘要 本发明。
2、提供了一种电子凸轮控制装置， 包括 伺服驱动模块且该伺服驱动模块包括位置环， 所 述电子凸轮控制装置还包括参考位置获取模块以 及电子凸轮模块， 其中所述参考位置获取模块用 于获取主轴位置， 所述电子凸轮模块根据所述主 轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输 入伺服驱动模块的位置环， 所述伺服驱动模块根 据所述位置环的输入向伺服电机输出控制信号。 本发明还提供一种对应的方法。本发明将主轴位 置获取、 插补运算及伺服驱动集成一起， 减少了指 令传输中的不可靠因素， 增强了电子凸轮控制的 可靠性， 同时节省了成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19。
3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103163822 A CN 103163822 A *CN103163822A* 1/1 页 2 1. 一种电子凸轮控制装置， 包括伺服驱动模块且该伺服驱动模块包括位置环， 其特征 在于 ： 所述电子凸轮控制装置还包括参考位置获取模块以及电子凸轮模块， 其中所述参考 位置获取模块用于获取主轴位置， 所述电子凸轮模块根据所述主轴位置计算从轴运行位置 并将该从轴运行位置输入伺服驱动模块的位置环， 所述伺服驱动模块根据所述位置环的输 入向伺服电机输出控制信号。 2. 根据权利要求 。
4、1 所述的电子凸轮控制装置， 其特征在于 ： 所述电子凸轮控制装置还 包括存储模块， 所述电子凸轮模块使用一个插补方程计算从轴运行位置， 所述存储模块中 存储有所述插补方程的多组常量及每一组常量对应的主轴位置， 所述电子凸轮模块根据主 轴位置从存储模块中选择一组常量代入插补方程进行计算。 3. 根据权利要求 2 所述的电子凸轮控制装置， 其特征在于 ： 所述插补方程为 Y A0+A1x+A2x2+A3x3， 其中所述 A0、 A1、 A2、 A3为常量， Y 为从轴运行位置， x 为主轴位置， 所述电子 凸轮控制装置还包括常量设置模块， 用于调整所述存储模块中常量的值以及每一组常量对 应的主轴。
5、位置。 4. 根据权利要求 2 或 3 所述的电子凸轮控制装置， 其特征在于 ： 在切料长和刀棍周长 的比值大于或等于 2 时， 所述存储模块中包括四组常量， 其中第一组常量使所述插补方程 的输出呈线性变化， 第二组常量使所述插补方程的输出与前一主轴位置的输出相同。 5. 根据权利要求 2 或 3 所述的电子凸轮控制装置， 其特征在于 ： 在切料长和刀棍周长 的比值小于 2 时， 所述存储模块中包括两组常量， 其中第一组常量使所述插补方程的输出 呈线性变化。 6. 根据权利要求 1 所述的电子凸轮控制装置， 其特征在于 ： 所述参考位置获取模块与 电子凸轮模块通过内部数据流通信或通过数据总线连。
6、接。 7. 一种电子凸轮控制方法， 用于控制电子凸轮运行， 其特征在于 ： 该方法包括以下步 骤 ： 步骤 (a) ： 获取主轴位置 ； 步骤 (b) ： 根据所述主轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输入伺服驱动模 块的位置环 ； 步骤 (c) ： 所述伺服驱动模块根据所述位置环的输入向伺服电机输出控制信号。 8. 根据权利要求 7 所述的电子凸轮控制方法， 其特征在于 ： 所述步骤 (b) 中使用一个 插补方程计算从轴运行位置， 该步骤中包括 ： (b1) 根据所述主轴位置从存储的所述插补方程的多组常量中选择一组 ； (b2) 将选择的一组常量代入插补方程并将主轴位置作为所述插补方程的。
7、变量计算从 轴运行位置。 9. 根据权利要求 8 所述的电子凸轮控制方法， 其特征在于 ： 在切料长和刀棍周长的比 值大于或等于 2 时， 所述存储的插补方程的常量包括四组， 其中第一组常量使所述插补方 程的输出呈线性变化， 第二组常量使所述插补方程的输出与前一主轴位置的输出相同。 10. 根据权利要求 8 所述的电子凸轮控制方法， 其特征在于 ： 在切料长和刀棍周长的比 值小于 2 时， 所述存储的插补方程的常量包括两组， 其中第一组常量使所述插补方程的输 出呈线性变化。 权 利 要 求 书 CN 103163822 A 2 1/5 页 3 电子凸轮控制装置及方法 技术领域 0001 本发明。
8、涉及伺服电机控制领域， 更具体地说， 涉及一种具有运动控制功能的电子 凸轮控制装置及方法。 背景技术 0002 电子凸轮(Electronic CAM)是模拟机械凸轮的一种智能控制器， 它通过位置传感 器 ( 如旋转变压器或编码器等 ) 将位置信息反馈给处理单元， 由处理单元将接收到的位置 信号进行解码、 运算处理， 并按设定要求在指定位置将电平信号进行设置并输出。 电子凸轮 可以应用在诸如汽车制造、 冶金、 机械加工、 纺织、 印刷、 食品包装、 水利水电等各个领域。 0003 随着工业自动化的不断升级及自动化产品的工艺越来越复杂， 为了满足特殊外形 及工艺的要求， 往往需要使伺服电机运行各。
9、种不同的曲线。如图 1 所示， 是传统的多轴曲线 插补控制方案的实例， 通过运动控制器11处理执行机构位置反馈， 并通过伺服放大器12进 行电机传动控制。此外， 还有通过 PLC 加伺服驱动器进行多轴曲线插补控制的方案。 0004 然而上述两种传统控制方案需要编程， 实现成本较高、 控制难度大而且可靠性相 对较弱。并且上述 PLC 加伺服驱动器的方案一般只进行停料剪切方式， 效率低。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题在于， 针对上述电子凸轮控制成本高、 控制单独大、 可靠 性低的问题， 提供一种具有运动控制功能的电子凸轮控制装置及方法。 0006 本发明解决上述技术问题的技术方案是，。
10、 提供一种电子凸轮控制装置， 包括伺服 驱动模块且该伺服驱动模块包括位置环， 所述电子凸轮控制装置还包括参考位置获取模块 以及电子凸轮模块， 其中所述参考位置获取模块用于获取主轴位置， 所述电子凸轮模块根 据所述主轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输入伺服驱动模块的位置环， 所述 伺服驱动模块根据所述位置环的输入向伺服电机输出控制信号。 0007 在本发明所述的电子凸轮控制装置中， 所述电子凸轮控制装置还包括存储模块， 所述电子凸轮模块使用一个插补方程计算从轴运行位置， 所述存储模块中存储有所述插补 方程的多组常量及每一组常量对应的主轴位置， 所述电子凸轮模块根据主轴位置从存储模 块中选。
11、择一组常量代入插补方程进行计算。 0008 在本发明所述的电子凸轮控制装置中， 所述插补方程为YA0+A1x+A2x2+A3x3， 其中 所述 A0、 A1、 A2、 A3为常量， Y 为从轴运行位置， x 为主轴位置， 所述电子凸轮控制装置还包括 常量设置模块， 用于调整所述存储模块中常量的值以及每一组常量对应的主轴位置。 0009 在本发明所述的电子凸轮控制装置中， 在切料长和刀棍周长的比值大于或等于 2 时， 所述存储模块中包括四组常量， 其中第一组常量使所述插补方程的输出呈线性变化， 第 二组常量使所述插补方程的输出与前一主轴位置的输出相同。 0010 在本发明所述的电子凸轮控制装置中。
12、， 在切料长和刀棍周长的比值小于 2 时， 所 述存储模块中包括两组常量， 其中第一组常量使所述插补方程的输出呈线性变化。 说 明 书 CN 103163822 A 3 2/5 页 4 0011 在本发明所述的电子凸轮控制装置中， 所述参考位置获取模块与电子凸轮模块通 过内部数据流通信或通过数据总线连接。 0012 本发明还提供一种电子凸轮控制方法， 用于控制电子凸轮运行， 该方法包括以下 步骤 ： 0013 步骤 (a) ： 获取主轴位置 ； 0014 步骤 (b) ： 根据所述主轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输入伺服驱 动模块的位置环 ； 0015 步骤 (c) ： 所述伺服驱动。
13、模块根据所述位置环的输入向伺服电机输出控制信号。 0016 在本发明所述的电子凸轮控制方法中， 所述步骤 (b) 中使用一个插补方程计算从 轴运行位置， 该步骤中包括 ： 0017 (b1) 根据所述主轴位置从存储的所述插补方程的多组常量中选择一组 ； 0018 (b2) 将选择的一组常量代入插补方程并将主轴位置作为所述插补方程的变量计 算从轴运行位置。 0019 在本发明所述的电子凸轮控制方法中， 所述插补方程为YA0+A1x+A2x2+A3x3， 其中 所述 A0、 A1、 A2、 A3为常量。 0020 在本发明所述的电子凸轮控制方法中， 在切料长和刀棍周长的比值大于或等于 2 时， 所。
14、述存储的插补方程的常量包括四组， 其中第一组常量使所述插补方程的输出呈线性 变化， 第二组常量使所述插补方程的输出与前一主轴位置的输出相同。 0021 在本发明所述的电子凸轮控制方法中， 在切料长和刀棍周长的比值小于 2 时， 所 述存储的插补方程的常量包括两组， 其中第一组常量使所述插补方程的输出呈线性变化。 0022 本发明的电子凸轮控制装置及方法， 将主轴位置获取、 插补运算及伺服驱动集成 在一起， 减少了指令传输中的不可靠因素， 增强了电子凸轮控制的可靠性， 同时节省了成 本。本发明只需知道剪切长度和测量料长装置的基本参数， 即可进行剪切， 而无需编码。 附图说明 0023 图 1 是。
15、现有电子凸轮控制方案的示意图。 0024 图 2 是本发明电子凸轮控制装置第一实施例的示意图。 0025 图 3 是本发明电子凸轮控制装置第二实施例的示意图。 0026 图 4 是本发明电子凸轮控制方法实施例的流程图。 0027 图 5 是伺服驱动模块工作原理图。 0028 图 6 是切料长和刀棍周长的比值大于或等于 2 时的电子凸轮运行曲线示意图。 0029 图 7 是切料长和刀棍周长的比值小于 2 时电子凸轮运行曲线示意图。 具体实施方式 0030 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例。
16、仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0031 如图 2 所示， 是本发明电子凸轮控制装置第一实施的示意图。在本实施例中， 电子 凸轮控制装置 20 包括参考位置获取模块 21、 电子凸轮模块 22 以及伺服驱动模块 23。上述 说 明 书 CN 103163822 A 4 3/5 页 5 伺服驱动模块23用于实现伺服电机运行控制， 其包括一个位置环， 电子凸轮模块22的输出 端直接连接到上述位置环。参考位置获取模块 21 用于通过位置反馈元件获取主轴位置， 电 子凸轮模块 22 根据所述主轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输入伺服驱动模 块 23 的位置环， 伺服驱动模块 23。
17、 根据位置环的输入向伺服电机 28 输出控制信号。为实现 增强操作性及可靠性， 可将上述参考位置获取模块 21、 电子凸轮模块 22 以及伺服驱动模块 23 集成到同一壳体或同一控制板上。 0032 参考位置获取模块 21 与电子凸轮模块 22 可通过内部数据流通信， 也可通过数据 总线连接。 0033 上述主轴可以为执行机构 29 中便于获取其位置的参考轴 ( 例如可以是伺服电机 驱动或者异步电机驱动并与执行机构29的主轴同步的转轴)。 该主轴也可以是一个虚拟的 轴， 仅用于表示输送的材料的当前位置 ( 相对或者绝对 ) 或速度。如果参考位置获取模块 21 直接获取是送料速度， 则该参考位置。
18、获取模块 21 需要将该送料速度转换成位置信息。 0034 上述电子凸轮控制装置 20 可应用于钢筋冷轧机等生产设备中， 以控制进行钢筋 切割。在上述设备中个， 执行机构 29 由伺服电机 28 驱动运行， 执行机构 29 中的从轴通过 传动机构连接到执行机构 29 的主轴， 其中从轴上安装有切割刀具。 0035 电子凸轮模块 22 使用一个插补方程计算从轴运行位置， 该插补方程如下 ： 0036 Y A0+A1x+A2x2+A3x3 (1) 0037 Y A1+2A2x+3A3x2 (2) 0038 其中， 其中所述 A0、 A1、 A2、 A3为常量， Y 为从轴运行位置， x 为主轴位置。
19、。 0039 为简化计算， 可将 x 取值归一化， 有方程 (1)、 (2) 并可得到 ： 0040 Y A0 (3) 0041 Y A0+A1+A2+A3 (4) 0042 Y A1 (5) 0043 Y A1+2A2+3A3 (6) 0044 通过上述 4 个运算式 (3)-(6)， 可解得方程的 4 个常量 A0、 A1、 A2、 A3， 作为插补方程 的系数。 0045 电子凸轮模块 22 将上述常量代入插补方程， 并将参考位置获取模块 21 获取的主 轴位置作为变量x代入插补方程YA0+A1x+A2x2+A3x3， 即可计算获得从轴运行位置， 并根据 当前查考主轴的位置 Xn 计算从。
20、轴的当前位置 Yn， 从而得到从轴当前周期需要运转的位置 指令 P Yn-Yn-1。 0046 伺服驱动模块 23 用于实现从轴位置到伺服电机 28 控制信号的计算， 其原理如图 5 所示， 包括有位置环、 速度环以及转矩环等。 0047 如图 3 所示， 是本发明电子凸轮控制装置第二实施的示意图。在本实施例中， 电子 凸轮控制装置 30 包括参考位置获取模块 31、 电子凸轮模块 32 以及伺服驱动模块 33 外， 还 包括存储模块 34 以及常量设置模块 35。 0048 存储模块34中存储有电子凸轮模块32的插补方程的多组常量及每一组常量对应 的主轴位置。在电子凸轮控制过程中， 电子凸轮。
21、模块 32 根据参考位置获取模块 31 获取的 主轴位置从存储模块 34 中选择一组常量代入插补方程进行计算。 0049 特别地， 在设备切料长和刀棍周长的比值大于或等于 2 时， 可将从轴运转分为加 说 明 书 CN 103163822 A 5 4/5 页 6 速段、 同步段、 减速段、 等待段， 如图 6 所示。针对上述每一段， 存储模块 34 中设有对应的一 组常量， 即共有四组常量。在同步段， 存储模块 34 中对应的一组常量使插补方程的输出呈 线性变化 ( 例如常量 A0、 A2、 A3 0， A1 1)， 从轴的速度与主轴的速度相同， 此时从轴的切 割刀具对钢筋进行剪切。在等待段，。
22、 存储模块 34 中对应的一组常量使插补方程的输出与主 轴前一位置的输出保持不变， 即从轴的速度为零。在加速段， 存储模块 34 中对应的一组常 量使从轴的转速根据主轴的位置从零增加到同步段的转速。在减速段， 存储模块 34 中对应 的一组常量使从轴的转速根据主轴的位置从同步段的转速减小到零。 0050 在设备切料长和刀棍周长的比值小于 2 时， 可将从轴运转分为调整段和同步段， 如图 7 所示。针对上述每一段， 存储模块 34 中设有对应的一组常量， 即共有两组常量。在 同步段， 存储模块 34 中对应的一组常量使插补方程的输出呈线性变化 ( 例如常量 A0、 A2、 A3 0， A1 1)。
23、， 从轴的速度与主轴的速度相同， 此时从轴的切割刀具对钢筋进行剪切。在调 整段， 对应的一组常量使从轴的转速根据主轴的位置从同步段的转速减小到零并重新从零 增加到同步段的转速。 0051 常量设置模块35用于调整存储模块34中常量的值以及每一组常量对应的主轴位 置。该常量设置模块 35 可采用图形化人机界面， 从而便于操作。通过常量设置模块 35， 可 随时调整从轴的运转， 以适应不同的需求。 0052 如图 4 所示， 是本发明电子凸轮控制方法实施例的示意图， 该方法用于控制电子 凸轮运行， 包括以下步骤 ： 0053 步骤 S41 ： 获取主轴位置， 例如通过位置反馈元件等。 0054 步。
24、骤 S42 ： 根据主轴位置计算从轴运行位置并将该从轴运行位置输入伺服驱动模 块的位置环。 0055 步骤 S43 ： 伺服驱动模块根据位置环的输入向伺服电机输出控制信号。 0056 在上述步骤 S42 中， 可使用一个插补方程计算从轴运行位置， 例如采用插补方程 Y A0+A1x+A2x2+A3x3， 其中 A0、 A1、 A2、 A3为常量， Y 为从轴运行位置， x 为主轴位置。其中常量 A0、 A1、 A2、 A3可预先存储多组， 每一组对应一段主轴位置。在计算从轴运行位置时， 可先根 据主轴位置从多组常量中选择一组， 然后将选择的一组常量代入插补方程并将主轴位置作 为插补方程的变量计。
25、算从轴运行位置。 0057 在设备切料长和刀棍周长的比值大于或等于 2 时， 可将从轴运转分为加速段、 同 步段、 减速段、 等待段， 如图 6 所示。上述每一段对应一组常量， 即共有四组常量， 从而在步 骤 S42 计算从轴运行位置时， 分别针对每一段选择一组常量进行计算。在同步段， 对应的一 组常量使插补方程的输出呈线性变化 ( 例如常量 A0、 A2、 A3 0， A1 1)， 从轴的速度与主 轴的速度相同， 此时从轴的切割刀具对钢筋进行剪切。 在等待段， 对应的一组常量使插补方 程的输出与主轴前一位置的输出保持不变， 即从轴的速度为零。 在加速段， 对应的一组常量 使从轴的转速根据主轴。
26、的位置从零增加到同步段的转速。在减速段， 对应的一组常量使从 轴的转速根据主轴的位置从同步段的转速减小到零。 0058 在设备切料长和刀棍周长的比值小于 2 时， 可将从轴运转分为调整段和同步段， 如图 7 所示。上述每一段对应一组常量， 即共有两组常量， 从而在步骤 S42 计算从轴运行位 置时， 分别针对每一段选择一组常量进行计算。 在同步段， 对应的一组常量使插补方程的输 出呈线性变化 ( 例如常量 A0、 A2、 A3 0， A1 1)， 从轴的速度与主轴的速度相同， 此时从轴 说 明 书 CN 103163822 A 6 5/5 页 7 的切割刀具对钢筋进行剪切。在调整段， 对应的一。
27、组常量使从轴的转速根据主轴的位置从 同步段的转速减小到零并重新从零增加到同步段的转速。 0059 在上述方法中， 还可包括以下步骤 ： 调整存储的常量的值以及每一组常量对应的 主轴位置。通过该步骤， 可随时调整从轴的运转， 以适应不同的需求。 0060 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。 说 明 书 CN 103163822 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103163822 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103163822 A 9 3/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103163822 A 10 4/4 页 11 图 7 说 明 书 附 图 CN 103163822 A 11 。