CN101794139A - 运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动控制器的构成方法，包括如下步骤：分别构建运动控制器的组成部分，每个组成部分包括一个或多个；分别封存所述运动控制器的组成部分；分别关联所述组成部分，得到需要的运动控制器。本发明还涉及一种构建运动控制器的装置及其构建的运动控制器。实施本发明的运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器，具有以下有益效果：由于上述运动控制器由多个组成部分组成，这些组成部分可以适应大多数机械运动部件的需要，在针对不同的机械运动部件时，只需改便其相互之间的关联即可；而修改相互之间的关联只需改变这些组成部件的指针即可。因此在针对不同的机械运动部件时，其具有较大的灵活性。

Description

运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器

技术领域

本发明涉及自动控制领域，更具体地说，涉及一种运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器。

背景技术

运动控制是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动的装置。在自动控制领域中，运动控制器是一种常用的装置。通常，在实际的工业应用中，不同的机械结构和运动规律需要不同的运动控制器结构。因此，多数现有的运动控制器都是针对固定的一种或一类机械运动部件而设计并构成的。由于现有的运动控制器结构固定，所以，针对具体应用经常需要修改运动控制器的结构及控制软件，存在灵活性不足的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在针对不同的机械运动部件时灵活性不足的缺陷，提供一种可以灵活地适应不同的机械运动部件的运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种运动控制器的构成方法，包括如下步骤：

A)分别构建运动控制器的组成部分，每个组成部分包括一个或多个；

B)分别封存所述运动控制器的组成部分；

C)分别关联所述组成部分，得到需要的运动控制器。

在本发明所述的运动控制器的构成方法中，所述步骤A)进一步包括如下步骤：

A1)构建所述组成部分的功能结构；

A2)在所述功能结构上构建所述组成部分的、可设置的输入和输出指针。

在本发明所述的运动控制器的构成方法中，所述步骤B)进一步包括将所述步骤A)中得到的各组成部分作为一个整体存储。

在本发明所述的运动控制器的构成方法中，所述步骤C)进一步包括：设置所述各组成部件的输入和输出指针，使其相互联接。

在本发明所述的运动控制器的构成方法中，所述组成部分包括：

规划器：用于根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线；

伺服控制器：用于根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；

数字输入组件：用于实现输入/输出滤波和逻辑变换；

数字输出组件：用于实现逻辑变换；

编码器输入组件：用于位置信息反馈；

脉冲输出组件：用于实现步进电机的位置和速度控制；

模拟量输入组件：用于实现各种物理量的反馈；

模拟量输出组件：用于实现各种执行机构的控制；以及

轴：用于将所述各个组件结合在一起。

本发明还涉及一种运动控制器的构成装置，包括：

组成部分模块：包括多种组成部分，所述组成部分用于构成所述运动控制器；所述每种组成部分包括一个或多个；

封存模块：用于将所述组成部分封装为单独的单元；以及

设置模块：用于设置所述各单元的关联关系。

在本发明所述的运动控制器构成装置中，所述各组成部分进一步包括用于实现其本身功能的功能实现单元和用于存放其输入以及输出连接的其他组成部分地址或标记的输入输出指针单元。

在本发明所述的运动控制器构成装置中，所述设置模块进一步包括用于设置所述组成部分中输入输出指针单元的指针设置单元。

本发明还涉及一种使用上述方法及装置得到的运动控制器，包括多个构成所述运动控制器的组成部分，所述多个组成部分分别包括用于完成其本身功能的功能单元和用于限定该组成部分关联的其他组成部分的指针单元；所述每个组成部分通过其指针单元相互关联。

在本发明所述的运动控制器中，所述组成部分包括：

规划器：用于根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线；

伺服控制器：用于根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；

数字输入组件：用于实现输入/输出滤波和逻辑变换；

数字输出组件：用于实现逻辑变换；

编码器输入组件：用于位置信息反馈；

脉冲输出组件：用于实现步进电机的位置和速度控制；

模拟量输入组件：用于实现各种物理量的反馈；

模拟量输出组件：用于实现各种执行机构的控制；以及

轴：用于将所述各个组件结合在一起。

实施本发明的运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器，具有以下有益效果：由于上述运动控制器由多个组成部分组成，这些组成部分可以适应大多数机械运动部件的需要，在针对不同的机械运动部件时，只需改便其相互之间的关联即可；而修改相互之间的关联只需改变这些组成部件的指针即可。因此在针对不同的机械运动部件时，其具有较大的灵活性。

附图说明

图1是本发明运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器第一实施例的构成方法流程图；

图2是所述第一实施例中构成装置结构示意图；

图3是所述第一实施例中运动控制器的结构示意图；

图4是本发明运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器第二实施例的运动控制器结构示意图；

图5是本发明运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器第三实施例的运动控制器结构示意图；

图6是本发明运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器第四实施例的运动控制器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在明本发明运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器第一实施例中，其运动控制器的构成方法包括如下步骤：

步骤S11构建一个组成部分的功能单元：在本实施例中，运动控制器是由多个组成部分构成，这些组成部分各自完成一个功能或一类功能。在某种意义上而言，这些组成部分是完成各自的、特定的逻辑功能的功能模块。这些组成部件的逻辑功能相互连接或组合，就可以构成针对特定的机械运动部件的运动控制器。在本步骤中，就是构建上述组成部分中的一个得功能实现单元，即实现该组成部分功能的单元。在本实施例中，上述组成部分包括：规划器，其根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线和运动轨迹；伺服控制器，根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；数字输入组件，封装数字输入接口，实现输入/输出滤波和逻辑反转或变换，可以关联正负限位、报警等控制信号；数字输出组件，封装数字输出接口，实现逻辑反转或变换，可以关联伺服使能、报警清除等控制信号；编码器输入，封装相对编码器和绝对编码器输入接口，实现编码器滤波和逻辑反转或变换，通常用于位置反馈；脉冲输出组件，封装多种形式的脉冲输出接口，实现步进电机的位置和速度控制；模拟量输入组件，封装各种规格的模拟量输入接口，实现力矩、速度等各种物理量的反馈；模拟量输出组件，封装各种规格的模拟量输出接口，实现主轴电机、伺服电机等各种执行机构的控制；轴：将各个组件关联在一起，作为控制工业机械的基本单位。值得一提的是，在本实施例中，运动控制器中可以包括上述组件的全部或其中的任意一部分，只要其可以构成需要的运动控制器即可。同时，在本实施例中，上述各组成部分可以是一个，也可以是多个，例如，可以有两个伺服控制器以及两个编码器等。此外，在本实施例中，上述轴组件在实际上是一个逻辑上的轴，而不是机械意义上的轴，在某种意义上而言，也可以将本实施例中的轴理解为一个轴控制单元或模块。

步骤S12构建该组成部分的输入/输出指针：在本实施例中，上述各组件除了上述的实现其本身的功能实现单元外，还包括输入输出指针。每个组成部分均包括上述输入输出指针。这些指针用于指示本组成部分的输入送达何处以及本组成部分的输入来自何处。在本步骤中，只是构建出上述指针单元，实际上，这些指针在完成构建时都是空的，其中没有数据，也就是说，在完成指针单元构建时，上述组成部分仍然没有与任何其他组成部分关联，仍然是一个独立的模块或部分。

步骤S13完成组成部分构建？上面已将描述了本实施例中，可以包括许多组成部分，而且一些组成部分并不止一个。不管这些组成部分是否相同，都是被独立构建的，例如在构建时，认为两个结构完全相同的编码器是不同的两个组成部分，从而分别构建。在本步骤中，判断是否已经将设或需要的组成部分构建完毕，如果是，执行步骤S14；否则，返回步骤S11，开始下一个组成部分的构建。

步骤S14封存各组成部件：在本步骤中，将上述各已经构建好的组成部分逐个地、单独地封装为一个整体或单元，等待使用者依据其需要，对其各组成部件的输入/输出指针进行设置，从而得到一个完整的运动控制器。在本步骤中，直到本步骤执行完成，上述各组成部分仍然是独立存在的，其仍然没有构成一个可以工作的运动控制器。

步骤S15关联各组成部件：在本步骤中，按照需要或需要驱动的机械运动装置的特点，通过设置个组成部分的指针单元的数值，来实现上述各组成部分之间的关联，从而得到一个完整的、符合需要驱动的机械运动部件要求的运动控制器。

值得一提的是，当一个运动控制器由驱动一种类型的机械运动部件改为驱动另外一个类型的机械运动部件时，通常，只需要执行步骤S15，修改其中各个组成部分的关联关系即可。不需要再次有步骤S11开始执行，也不需要像现有的运动控制器一样重新构建。极大地提高了该运动控制器的灵活性。

本发明还涉及一种实现上述运动控制器构建方法的装置，图2是上述第一实施例中该装置的构示意图。再图2中，该运动控制器构建装置2包括组成部分模块21、封存模块22以及设置模块23。其中组成部分模块21包括多种组成部分210，这些组成部分210用于构成运动控制器；而每种组成部分210可以是一个或多个，视具体情况而定；封存模块22用于将上述组成部分210封装为单独的单元；而设置模块23用于设置所述各单元的关联关系。在本实施中，上述每个组成部分210进一步包括用于实现改组成部分210本身功能的功能实现单元211和用于存放其输入以及输出连接的其他组成部分地址或标记的输入指针单元212以及输出指针单元213。(是否理解正确？是否可以提供再详细一些的内容？)

本发明还涉及一种使用上述方法及装置而得到的运动控制器，该运动控制器包括多个构成所述运动控制器的组成部分，而多个组成部分分别包括用于完成其本身功能的功能单元和用于限定该组成部分关联的其他组成部分的指针单元；上述每个组成部分通过其指针单元(包括输入指针单元和输出指针单元)相互关联。正如在方法部分所描述的一样，这些组成部分包括：规划器，其根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线和运动轨迹；伺服控制器，根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；数字输入组件，封装数字输入接口，实现输入/输出滤波和逻辑反转或变换，可以关联正负限位、报警等控制信号；数字输出组件，封装数字输出接口，实现逻辑反转或变换，可以关联伺服使能、报警清除等控制信号；编码器输入，封装相对编码器和绝对编码器输入接口，实现编码器滤波和逻辑反转或变换，通常用于位置反馈；脉冲输出组件，封装多种形式的脉冲输出接口，实现步进电机的位置和速度控制；模拟量输入组件，封装各种规格的模拟量输入接口，实现力矩、速度等各种物理量的反馈；模拟量输出组件，封装各种规格的模拟量输出接口，实现主轴电机、伺服电机等各种执行机构的控制；轴：将各个组件关联在一起，作为控制工业机械的基本单位。运动控制器中可以包括上述组件的全部或其中的任意一部分。同时，上述各组成部分可以是一个，也可以是多个，例如，可以有两个伺服控制器以及两个编码器等。此外，在本实施例中，上述轴组件在实际上是一个逻辑上的轴，而不是机械意义上的轴，在某种意义上而言，也可以将本实施例中的轴理解为一个轴控制单元或模块。在第一实施例中，上述组成部分的关联遵循如下原则：规划器和轴关联：一个规划器可以关联多个轴，实现Gantry运动模式；一个轴也可以关联多个规划器，实现运动叠加和运动补偿。伺服控制器与轴、编码器和模拟量输出组件关联：伺服控制器从轴获得规划位置，从编码器获得实际位置、从模拟量输出组件输出控制量。数字输入组件和轴关联：可以用作轴的正负限位、报警、平滑停止、紧急停止；数字输入组件也可以取消和轴的关联，用作其它用途。数字输出组件和轴关联：可以用作轴的伺服使能、报警清除；数字输出组件也可以取消和轴的关联，用作其它用途。脉冲输出组件和轴关联：用于输出控制步进电机的位置和速度信号。

图3示出了本实施中的运动控制器的组成部分之间的相互关联关系，在第一实施例中，图3中箭头指向数据源。图3描述了使用组成部分实现伺服电机Gantry运动的方法。2个伺服控制器关联到1个相同的轴，具有相同的规划位置和规划速度。2个伺服控制器各自关联1个编码器，取得各自控制对象的反馈。2个伺服控制器各自关联1个模拟量输出，用于输出各自的控制量。

图4示出了本发明第二实施例中运动控制器的组成部分之间的相互关联关系。图4中描述了使用组成部分实现步进电机Gantry运动的方法。2个脉冲输出关联到1个相同的轴，输出相同的规划位置和规划速度。除此之外，第二实施例的其他部分与第一实施例大致相同。

图5示出了本发明第三实施例中运动控制器的组成部分之间的相互关联关系。图5中描述了使用组成部分实现伺服电机运动叠加的方法。1个轴关联2个规划器，其中1个规划器可以用作主运动，另1个规划器可以用作运动补偿，例如螺距误差补偿、运动打滑补偿。二者的规划速度在轴中叠加。合成的规划位置传递给伺服控制器。除此之外，第三实施例的其他部分与第一实施例大致相同。

图6示出了本发明第四实施例中运动控制器的组成部分之间的相互关联关系。图6中描述了使用组成部分实现步进电机运动叠加的方法。1个轴关联2个规划器，其中1个规划器可以用作主运动，另1个规划器可以用作运动补偿，例如螺距误差补偿、运动打滑补偿。二者的规划速度在轴中叠加。合成的规划位置传递给脉冲输出。除此之外，第三实施例的其他部分与第一实施例大致相同。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种运动控制器的构成方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)分别构建运动控制器的组成部分，每个组成部分包括一个或多个；

B)分别封存所述运动控制器的组成部分；

C)分别关联所述组成部分，得到需要的运动控制器。

2.根据权利要求1所述的运动控制器的构成方法，其特征在于，所述步骤A)进一步包括如下步骤：

A1)构建所述组成部分的功能结构；

A2)在所述功能结构上构建所述组成部分的、可设置的输入和输出指针。

3.根据权利要求2所述的运动控制器的构成方法，其特征在于，所述步骤B)进一步包括将所述步骤A)中得到的各组成部分作为一个整体存储。

4.根据权利要求3所述的运动控制器的构成方法，其特征在于，所述步骤C)进一步包括：设置所述各组成部件的输入和输出指针，使其相互联接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的运动控制器的构成方法，其特征在于，所述组成部分包括：

规划器：用于根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线；

伺服控制器：用于根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；

数字输入组件：用于实现输入/输出滤波和逻辑变换；

数字输出组件：用于实现逻辑变换；

编码器输入组件：用于位置信息反馈；

脉冲输出组件：用于实现步进电机的位置和速度控制；

模拟量输入组件：用于实现各种物理量的反馈；

模拟量输出组件：用于实现各种执行机构的控制；以及

轴：用于将所述各个组件结合在一起。

6.一种运动控制器的构成装置，其特征在于，包括：

组成部分模块：包括多种组成部分，所述组成部分用于构成所述运动控制器；所述每种组成部分包括一个或多个；

封存模块：用于将所述组成部分封装为单独的单元；以及

设置模块：用于设置所述各单元的关联关系。

7.根据权利要求6所述的运动控制器的构成装置，其特征在于，所述各组成部分进一步包括用于实现其本身功能的功能实现单元和用于存放其输入以及输出连接的其他组成部分地址或标记的输入输出指针单元。

8.根据权利要求7所述的动控制器的构成装置，其特征在于，所述设置模块进一步包括用于设置所述组成部分中输入输出指针单元的指针设置单元。

9.一种运动控制器，其特征在于，包括多个构成所述运动控制器的组成部分，所述多个组成部分分别包括用于完成其本身功能的功能单元和用于限定该组成部分关联的其他组成部分的指针单元；所述每个组成部分通过其指针单元相互关联。

10.根据权利要求9所述的运动控制器，其特征在于，所述组成部分包括：

规划器：用于根据设定的运动模式和运动参数实时计算规划位置和规划速度，生成所需的速度曲线；

伺服控制器：用于根据设定的控制算法和控制参数，实时计算控制量；

数字输入组件：用于实现输入/输出滤波和逻辑变换；

数字输出组件：用于实现逻辑变换；

编码器输入组件：用于位置信息反馈；

脉冲输出组件：用于实现步进电机的位置和速度控制；

模拟量输入组件：用于实现各种物理量的反馈；

模拟量输出组件：用于实现各种执行机构的控制；以及

轴：用于将所述各个组件结合在一起。

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