技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及伺服電機(jī)領(lǐng)域，具體的涉及一種多軸伺服驅(qū)動(dòng)器同步控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品，是機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)控化的重要核心零部件。

近年來(lái)，誕生了實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)不僅傳輸速度快，數(shù)據(jù)包容量大，傳輸距離長(zhǎng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，而且能保障較高的實(shí)時(shí)和同步性能，因而成為解決上述問(wèn)題的新方案。由于廠商選擇的傳輸介質(zhì)和通訊協(xié)議的不同，形成了多個(gè)技術(shù)路線，目前主流的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議包括POWERLINK、EtherCAT、SERCOS III、PROFINET等。

為保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和同步性，各工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議都會(huì)提供一種同步機(jī)制，通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)精確的同步信號(hào)用于同步網(wǎng)絡(luò)中各從站節(jié)點(diǎn)。大體上，各工業(yè)以太網(wǎng)的從站同步模式可以歸結(jié)為以下兩種：

第1種：如圖1所示，主站按照同步周期間隔性的產(chǎn)生同步信號(hào)。從站接收到同步信號(hào)后，首先需要將主站下發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地接收緩存區(qū)，此為T1時(shí)間；接著對(duì)本地接收緩存數(shù)據(jù)按照應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解析，獲得本地命令數(shù)據(jù)，此為T2時(shí)間；然后鎖存主站索取的反饋數(shù)據(jù)至本地發(fā)送緩存區(qū)，供主站讀取，此為T3時(shí)間。

第2種：如圖2所示，主站在產(chǎn)生同步信號(hào)之前會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)幀到達(dá)信號(hào)，從站在接收到數(shù)據(jù)幀到達(dá)信號(hào)之后，將主站下發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地接收緩存區(qū)，然后等待同步信號(hào)的到來(lái)。當(dāng)同步信號(hào)到達(dá)后，從站對(duì)本地接收緩存數(shù)據(jù)按照應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解析，獲得本地命令數(shù)據(jù)，然后鎖存主站索取的反饋數(shù)據(jù)至本地發(fā)送緩存區(qū)，供主站讀取。這種做法可以減少同步信號(hào)到達(dá)之后至命令數(shù)據(jù)有效之間的時(shí)間，從而進(jìn)一步提高同步性能。

對(duì)于多軸伺服驅(qū)動(dòng)器而言，在上述兩種模式中，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用應(yīng)用層控制模塊在第一次進(jìn)入同步中斷時(shí)計(jì)算多軸伺服驅(qū)動(dòng)器的Tset，之后在每次進(jìn)入同步中斷時(shí)計(jì)算中斷響應(yīng)延時(shí)Δt1并根據(jù)Tset調(diào)整伺服程序定時(shí)周期，然而Tset是參考伺服時(shí)鐘工作，而伺服時(shí)鐘和從站時(shí)鐘沒(méi)有同步，隨著時(shí)間的推移，各軸的Tset將發(fā)生不同的變化。因此，各軸的伺服中斷程序之間是沒(méi)有同步的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種多軸伺服驅(qū)動(dòng)器同步系統(tǒng)控制方法，應(yīng)用該方法可以確保在各軸伺服驅(qū)動(dòng)器同步通信的過(guò)程中，同步過(guò)程中各周期互不干擾，且不會(huì)隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致各軸伺服中斷程序之間依然同步，從而保證了數(shù)據(jù)和執(zhí)行同步的準(zhǔn)確性。

該方法為各軸伺服驅(qū)動(dòng)器在同步信號(hào)SYNCEVT到達(dá)的同時(shí)，均重置伺服時(shí)鐘，使得各軸伺服時(shí)鐘在經(jīng)過(guò)時(shí)間Tsync_off后才觸發(fā)伺服中斷程序；

其中時(shí)間Tsync_off滿足下列條件：Tcycle-Tjitter-Tservo>Tsync_off，Tcycle為伺服控制周期（即電流環(huán)周期），Tservo為伺服中斷程序執(zhí)行時(shí)間，Tjitter為同步信號(hào)SYNCEVT抖動(dòng)時(shí)間；

其中時(shí)間Tsync_off滿足下列條件：Tsync_off>Texchange+Tjitter，Texchange為伺服驅(qū)動(dòng)器主控模塊和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，Tjitter為同步信號(hào)SYNCEVT抖動(dòng)時(shí)間；

Texchange=T1+T2+T3，主站下發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到伺服驅(qū)動(dòng)器本地接收緩存區(qū)，此為T1時(shí)間；接著對(duì)本地接收緩存數(shù)據(jù)按照應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解析，獲得本地命令數(shù)據(jù)，此為T2時(shí)間；然后鎖存主站索取的反饋數(shù)據(jù)至本地發(fā)送緩存區(qū)，供主站讀取，此為T3時(shí)間；

Texchange=T2+T3，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器本地接收緩存數(shù)據(jù)按照應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解析，獲得本地命令數(shù)據(jù)，此為T2時(shí)間；然后鎖存主站索取的反饋數(shù)據(jù)至伺服驅(qū)動(dòng)器本地發(fā)送緩存區(qū)，供主站讀取，此為T3時(shí)間；

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)合理設(shè)置伺服時(shí)鐘重置后的間斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)主站時(shí)鐘、各軸從站時(shí)鐘以及各軸伺服時(shí)鐘的同步，即各軸的同步中斷程序和伺服中斷程序之間都是同步的，使得伺服中斷程序和同步中斷程序互不干擾，從而保證了調(diào)整后的各軸伺服中斷程序也是同步的。

附圖說(shuō)明

圖1 現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)同步周期內(nèi)的一種階段構(gòu)成。

圖2現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)同步周期內(nèi)的另一種階段構(gòu)成。

圖3 本發(fā)明的一種多軸伺服驅(qū)動(dòng)器同步控制系統(tǒng)的組成框圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明如下：

本發(fā)明的多軸伺服驅(qū)動(dòng)器同步控制方法中，共有3種時(shí)鐘，分別為主站時(shí)鐘，從站時(shí)鐘和伺服時(shí)鐘。主站時(shí)鐘和從站時(shí)鐘都服務(wù)于工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，具體地，主站時(shí)鐘服務(wù)于上位控制器，從站時(shí)鐘服務(wù)于伺服驅(qū)動(dòng)器的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議處理模塊，伺服時(shí)鐘則服務(wù)于伺服驅(qū)動(dòng)器的主控模塊。在伺服驅(qū)動(dòng)器主控模塊中，存在兩個(gè)中斷程序，分別為伺服中斷程序和同步中斷程序。

如圖3所示，伺服驅(qū)動(dòng)器主控模塊在接收到伺服驅(qū)動(dòng)器的同步控制模塊產(chǎn)生的同步信號(hào)SYNCEVT后，觸發(fā)同步中斷程序。在同步中斷程序中，主控模塊和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，此段時(shí)間記為Texchange。在同步信號(hào)SYNCEVT到達(dá)之后的時(shí)間Toffset后，伺服中斷程序觸發(fā)。由于時(shí)間Toffset是參考伺服時(shí)鐘計(jì)算的，而伺服時(shí)鐘和從站時(shí)鐘沒(méi)有同步，隨著時(shí)間的推移，各軸的時(shí)間Toffset將發(fā)生不同的變化。因此各軸的伺服中斷程序之間是沒(méi)有同步的。

為了達(dá)到各軸伺服中斷程序之間同步的目的，在同步信號(hào)SYNCEVT到達(dá)的同時(shí)，重置伺服時(shí)鐘，使得伺服時(shí)鐘在經(jīng)過(guò)時(shí)間Tsync_off后產(chǎn)生伺服中斷程序。時(shí)間Tsync_off為預(yù)先設(shè)定的常量，時(shí)間Tsync_off需滿足以下條件：

Tcycle-Tjitter-Tservo>Tsync_off>Texchange+Tjitter

式中，Tcycle為伺服控制周期（即電流環(huán)周期），Tservo為伺服中斷程序執(zhí)行時(shí)間，Tjitter為SYNCEVT抖動(dòng)時(shí)間（此時(shí)間由具體的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議決定，一般數(shù)值較?。Ｈ绻捎脠D1所示的同步模式時(shí)，Texchange=T1+T2+T3，如果采用圖2所示的同步模式時(shí)，Texchange=T2+T3。

滿足Tsync_off>Texchange+Tjitter的條件，是為了保證在伺服中斷程序到來(lái)時(shí)，來(lái)自上位控制器的命令數(shù)據(jù)已經(jīng)有效，伺服驅(qū)動(dòng)器主控模塊可以立即使用并進(jìn)行控制；滿足Tcycle-Tjitter-Tservo>Tsync_off的條件，是為了保證在SYNCEVT信號(hào)到達(dá)時(shí)，伺服中斷程序已經(jīng)執(zhí)行完畢，主控模塊可以立即響應(yīng)同步中斷程序。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了主站時(shí)鐘、各軸從站時(shí)鐘以及各軸伺服時(shí)鐘的同步，即各軸的同步中斷程序和伺服中斷程序之間都是同步的，使得伺服中斷程序和同步中斷程序互不干擾，從而保證了調(diào)整后（或稱為同步后）的各軸伺服中斷程序也是同步的。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。