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1、(10)申请公布号 CN 103941646 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103941646 A (21)申请号 201410140669.0 (22)申请日 2014.04.09 G05B 19/41(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 (72)发明人 刘伟 (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 伺服定位控制系统及方法 (57) 摘要 本发明提供了一种伺服定位控制系统， 包括 位置环控制单元、 位置指令接收单。
2、元、 指令余量计 算单元以及插补位移计算单元， 其中 ： 所述位置 指令接收单元， 用于以通信周期 T 接收来自上位 机的位置指令 ； 所述指令余量计算单元， 用于根 据从上位机接收的位置指令迭代计算当前通信周 期的位置指令余量 ； 所述插补位移计算单元， 用 于根据所述位置指令以及指令余量计算当前通信 周期内每一调度周期的插补位移值 ； 所述位置环 控制单元以调度周期 T0 输出包含所述插补位移 值的位置环调度指令， T=n*T0 且 n 为正整数。本 发明还提供一种对应的方法。本发明通过对每个 通信周期的位置指令进行重新规划， 避免了位置 指令的阶跃变化， 可实现速度平稳变化。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)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4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103941646 A CN 103941646 A 1/1 页 2 1. 一种伺服定位控制系统， 用于根据来自上位机的位置指令控制伺服电机运行， 其特 征在于， 所述伺服定位控制系统包括位置环控制单元、 位置指令接收单元、 指令余量计算单 元以及插补位移计算单元， 其中 ： 所述位置指令接收单元， 用于以通信周期 T 接收来自上位 机的位置指令 ； 所述指令余量计算单元， 用于根据从上位机接收的位置指令迭代。
4、计算当前 通信周期的位置指令余量 ； 所述插补位移计算单元， 用于根据所述位置指令以及指令余量 计算当前通信周期内每一调度周期的插补位移值 ； 所述位置环控制单元以调度周期 T0 输 出包含所述插补位移值的位置环调度指令， T=n*T0 且 n 为正整数。 2. 根据权利要求 1 所述的伺服定位控制系统， 其特征在于 ： 所述指令余量计算单元在 当前通信周期为第i个通信周期且在当前通信周期接收的位置指令中的位移值为Si时， 通 过下式计算当前通信周期的位置指令余量 i： 其中 % 为求余数计算， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 3. 根据权利要求 2 所述的伺服定位控制系统， 其特征在于。
5、 ： 所述插补位移计算单元通 过下式计算当前调度周期的插补位移值 Si*n： 其中 N 为正整数。 4. 一种伺服定位控制方法， 用于根据来自上位机的位置指令控制伺服电机运行， 所述 上位机以通信周期T向伺服驱动器发送位置指令、 所述伺服驱动器以调度周期T0输出位置 环调度指令， 且 T=n*T0， 其中 n 为正整数， 其特征在于， 该方法包括以下步骤 ： （a） 伺服驱动器根据来自上位机的位置指令迭代计算当前通信周期的位置指令余量 ； （b） 根据所述位置指令以及指令余量计算当前通信周期内每一调度周期的插补位移 值 ； （c） 在当前通信周期内的每一调度周期输出包含所述插补位移值的位置环调。
6、度指令。 5. 根据权利要求 4 所述的伺服定位控制方法， 其特征在于 ： 所述步骤 （a） 中， 若当前通 信周期为第 i 个通信周期且当前通信周期接收的位置指令中的位移值为 Si， 则当前通信周 期的位置指令余量 i为 ： 其中 % 为求余数计算， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 6.根据权利要求5所述的伺服定位控制方法， 其特征在于 ： 所述步骤 （b） 中当前调度周 期的插补位移值 Si*n为 ： 其中 N 为正整数。 权 利 要 求 书 CN 103941646 A 2 1/4 页 3 伺服定位控制系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及伺服驱动器领域， 更具体地说， 涉及一。
7、种伺服定位控制系统及方法。 背景技术 0002 伺服驱动器是用于控制伺服电机的一种控制器， 主要应用于高精度的定位系统。 伺服驱动器一般通过位置、 速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制， 实现高精度的传动 系统定位。 0003 在低速率通信给定位置指令的伺服定位系统中， 多个位置环调度周期才能从上位 机接收一次位置指令信息， 使得伺服定位系统运动不够连续， 速度波动很大。 0004 为了削弱上述伺服定位系统中的速度抖动， 通常会引入一阶低通滤波器或者平均 值滤波器对位置指令进行滤波。采用指令滤波的方式中， 伺服定位系统直接对位置指令进 行处理， 在一定程度上可以减少速度波动， 但不能从根本上消。
8、除， 同时由于滤波时间的影 响， 造成定位时间过长， 响应速度大大降低。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题在于， 针对上述伺服定位系统在消除速度抖动时响应速 度慢的问题， 提供一种伺服定位控制系统及方法。 0006 本发明解决上述技术问题的技术方案是， 提供一种伺服定位控制系统， 用于根据 来自上位机的位置指令控制伺服电机运行， 所述伺服定位控制系统包括位置环控制单元、 位置指令接收单元、 指令余量计算单元以及插补位移计算单元， 其中 ： 所述位置指令接收单 元， 用于以通信周期 T 接收来自上位机的位置指令 ； 所述指令余量计算单元， 用于根据从上 位机接收的位置指令迭代计算当前通。
9、信周期的位置指令余量 ； 所述插补位移计算单元， 用 于根据所述位置指令以及指令余量计算当前通信周期内每一调度周期的插补位移值 ； 所述 位置环控制单元以调度周期T0输出包含所述插补位移值的位置环调度指令， T=n*T0且n为 正整数。 0007 在本发明所述的伺服定位控制系统中， 所述指令余量计算单元在当前通信周期为 第i个通信周期且在当前通信周期接收的位置指令中的位移值为Si时， 通过下式计算当前 通信周期的位置指令余量 i： 0008 0009 其中 % 为求余数计算， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 0010 在本发明所述的伺服定位控制系统中， 所述插补位移计算单元通过下式计算当。
10、前 调度周期的插补位移值 Si*n： 0011 说 明 书 CN 103941646 A 3 2/4 页 4 0012 其中 N 为正整数。 0013 本发明还提供一种伺服定位控制方法， 用于根据来自上位机的位置指令控制伺服 电机运行， 所述上位机以通信周期 T 向伺服驱动器发送位置指令、 所述伺服驱动器以调度 周期 T0 输出位置环调度指令， 且 T=n*T0， 其中 n 为正整数， 该方法包括以下步骤 ： 0014 （a） 伺服驱动器根据来自上位机的位置指令迭代计算当前通信周期的位置指令余 量 ； 0015 （b） 根据所述位置指令以及指令余量计算当前通信周期内每一调度周期的插补位 移值 。
11、； 0016 （c） 在当前通信周期内的每一调度周期输出包含所述插补位移值的位置环调度指 令。 0017 在本发明所述的伺服定位控制方法中， 所述步骤 （a） 中， 若当前通信周期为第 i 个 通信周期且当前通信周期接收的位置指令中的位移值为 Si， 则当前通信周期的位置指令余 量 i为 ： 0018 0019 其中 % 为求余数计算， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 0020 在本发明所述的伺服定位控制方法中， 所述步骤 （b） 中当前调度周期的插补位移 值 Si*n为 ： 0021 0022 其中 N 为正整数。 0023 本发明的伺服定位控制系统及方法， 根据伺服驱动器中位置环调度。
12、周期和通信周 期之间的关系， 对每个通信周期的位置指令进行重新规划， 避免了位置指令的阶跃变化， 在 不影响响应速度的同时实现速度平稳变化。 附图说明 0024 图 1 是本发明伺服定位控制系统实施例的示意图。 0025 图 2 是本发明伺服定位控制方法实施例的流程示意图。 具体实施方式 0026 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仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0027 如图 1 所示， 是本发明伺服定位控制系统实施例的示意图。该伺服定位控制系统 可直接应用于低速率通信给。
13、定位置指令的伺服驱动器 （即多个位置环调度周期才能从上位 机接收一次位置指令） ， 并用于根据来自上位机的位置指令控制伺服电机的运行。本实施例 中的伺服定位控制系统包括位置环控制单元 14、 位置指令接收单元 11、 指令余量计算单元 12 以及插补位移计算单元 13。上述位置环控制单元 14、 位置指令接收单元 11、 指令余量计 说 明 书 CN 103941646 A 4 3/4 页 5 算单元 12 以及插补位移计算单元 13 可由运行于伺服驱动器的 DSP 中的软件实现， 也可由 独立于伺服驱动器的硬件和软件实现。 0028 上述位置指令接收单元11用于以通信周期T从上位机接收位置指。
14、令， 该位置指令 中包括在时间 T 内伺服电机需运转的位移值 S。上位机可以为向伺服驱动器输出控制信号 的 CNC 系统、 通用运动控制器、 PLC 或各种嵌入式控制器等， 其每隔时间 T 向伺服驱动器发 送位置指令。假设上述通信周期 T 为伺服驱动器的位置环调度周期 T0 的 n 倍， 即 T=n*T0， 其中 n 为正整数 （通常 n 大于或等于 2） 。 0029 指令余量计算单元 12 用于根据从上位机接收的位置指令迭代计算当前通信周期 的位置指令余量。由于每个通信周期 T 的位置指令 （来自上位机） 中的位移值往往不能平均 分配到每次位置环调度指令中 （即每一通信周期 T 的位置指令。
15、中的位移值不能保证被 n 整 除） ， 本实施例中需先对每个通信周期T的位置指令余量i进行迭代计算。 具体地， 该指令 余量计算单元 12 在当前通信周期为第 i 个通信周期且当前通信周期接收的位置指令中的 位移值为 Si 时， 通过下式计算当前通信周期的位置指令余量 i（即 i为第 i 个通信周期 的位置指令中位移的余量） ： 0030 0031 其中 % 为求余数计算， i 为正整数， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 0032 插补位移计算单元 13 用于根据来自上位机的位置指令以及由指令余量计算单元 12计算获得的指令余量， 计算当前通信周期内每一调度周期的插补位移值。 在本实施例。
16、中， 对于同一通信周期的各个调度周期， 插补位移计算单元 13 计算获得的插补位移值相同。具 体地， 该插补位移计算单元 13 通过下式计算当前调度周期 （即第 i 个指令周期内的每一调 度周期） 的插补位移值 Si*n： 0033 0034 其中 N 为正整数。 0035 位置环控制单元 14 以调度周期 T0 输出包含由插补位移计算单元 13 计算所得的 插补位移值的位置环调度指令 （例如输出到速度环调节环节） 。在同一通信周期内的各个调 度周期， 位置环控制单元 14 输出的位置环调度指令中的插补位移值相同， 即在同一通信周 期内电机转子匀速转动。 0036 上述伺服定位控制系统中， 根。
17、据位置环调度周期和通信周期之间的关系， 对每个 通信周期的位置指令进行重新规划， 也就是将位置指令中的位移的余量分散到了多个插补 位移值中， 可使伺服电机的运动曲线相对平滑， 避免位置指令的阶跃变化 （即避免出现速度 抖动） ， 使得伺服电机的速度平稳变化。并且由于上述控制系统的计算量很小， 因此不会造 成响应延迟。 0037 如图 2 所示， 是本发明伺服定位控制方法实施例的流程示意图， 该方法用于根据 来自上位机的位置指令控制伺服电机的运行， 其中上位机以通信周期 T 向伺服驱动器发送 位置指令、 伺服驱动器以调度周期 T0 输出位置环调度指令， 且上述通信周期 T 为位置环调 度周期 T。
18、0 的 n 倍， 即 T=n*T0（n 为正整数） 。该方法可由伺服驱动器的 DSP 执行， 并包括以 说 明 书 CN 103941646 A 5 4/4 页 6 下步骤 ： 0038 步骤 S21 ： 伺服驱动器根据来自上位机的位置指令迭代计算当前通信周期的位置 指令余量。由于每个通信周期 T 的位置指令 （来自上位机） 中的位移值往往不能平均分配到 每次位置环调度指令中 （即每一通信周期 T 的位置指令中的位移值不能保证被 n 整除） ， 本 实施例中需先对每个通信周期 T 的位置指令余量 i进行迭代计算。该步骤 （a） 中， 若当前 通信周期为第 i 个通信周期且当前通信周期接收的位置。
19、指令中的位移值为 Si， 则当前通信 周期的位置指令余量 i可通过下式计算获得 ： 0039 0040 其中 % 为求余数计算， i-1为上一通信周期的位置指令余量。 0041 步骤 S22 ： 根据位置指令以及步骤 S21 中计算获得的指令余量计算当前通信周期 内每一调度周期的插补位移值。 在本实施例中， 同一通信周期的各个调度周期， 插补位移计 算单元 13 计算获得的插补位移值相同。具体地， 当前调度周期的插补位移值 Si*n可通过下 式计算获得 ： 0042 0043 其中 N 为正整数。 0044 步骤 S23 ： 在当前通信周期内的每一调度周期输出包含插补位移值的位置环调度 指令。 在同一通信周期内的各个调度周期， 输出的位置环调度指令中的插补位移值相同， 即 在同一通信周期内电机转子匀速转动。 0045 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 103941646 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103941646 A 7 。