EtherCAT总线运动控制器的直线插补解析

　　本节课程主要通过几个部分讲解直线插补，分别为EtherCAT总线运动控制器介绍、运动控制器直线插补的原理、功能、实现方式和例程仿真演示。

　　01、XPLC864E2介绍

　　XPLC864E2是正运动技术推出的一款多轴经济型EtherCAT总线运动控制器，XPLC系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。

　　体积小，通讯功能全，支持RS232串口、RS485串口、网口、CAN总线、EtherCAT总线连接外设，多网口通道通过交换机扩展。

　　XPLC864E2支持脉冲轴和总线轴混合使用，总轴数为8，除了带EtherCAT接口之外，输出口可配置为8个脉冲信号输出，另带两路编码器输入，由输入口配置。

　　通过扩展最多支持12轴直线插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设置等功能。

　　

　　02、直线插补原理

　　直线插补算法采用数据采样法，插补用小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各轴要运动的距离，不需要每走一个脉冲当量就插补一次，可达到很高的进给速度。

　　数据采样法原理是采用时间分割思想，根据进给速度f和插补周期t，将廓型曲线分割成一段段的轮廓步长l，l=ft，然后计算出每个插补周期参与插补运动的每个轴的坐标增量。

　　

　　03、直线插补功能

　　一、直线插补特点

　　直线插补运动通过BASE指令选择轴号/轴组，控制多轴联动，完成直线运动。

　　主轴是BASE选择的第一个轴，插补运动轴参数UNITS、SPEED等均采用主轴的参数，发送MOVE直线插补运动指令，插补运动在主轴的运动缓冲区中按顺序执行，CANCEL指令取消插补运动，实现急停。

　　1.支持16轴直线插补运动

　　base（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15）

　　2.支持多通道同时插补

　　BASE（0，1）

　　MOVE（100，200）

　　BASE（2，3，4）

　　MOVE（30，40，50）

　　二、插补运动参数计算

　　以二轴直线插补为例：轴0和轴1两轴参与直线插补运动，如下图。

　　二轴直线插补运动从平面的A点运动到B点，XY轴同时启动，并同时到达终点，设置轴0的运动距离为∆X，轴1的运动距离为∆Y，主轴是BASE的第一个轴（此时主轴为轴0），插补运动参数采用主轴的参数。

　　

　　若插补主轴运动速度为S（主轴轴0的设置速度），各个轴的实际速度为主轴的分速度，不等于S，此时：

　　插补运动的距离：X=［（∆X）2+（∆Y）2］½

　　轴0实际速度：S0=S×∆X/X

　　轴1实际速度：S1=S×∆Y/X

　　04、直线插补实现

　　XPLC864E2内置直线插补算法，支持8个EtherCAT总线轴联合直线插补，可扩展支持12轴插补，采用MOVE直线插补指令，便可轻松高效完成插补运动。

　　

　　一、直线插补相关指令

　　1.MOVE发送脉冲给驱动器，实现直线插补运动。

　　语法：

　　MOVE（distance1 ［，distance2［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

　　MOVEABS（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

　　MOVESP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

　　MOVEABSSP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

　　2.BASE指令选择参与插补的轴号，即MOVE运动发送给哪些轴。

　　语法：BASE（axis1 ［，axis 2 ［，axis 3 ［，axis 4.。.］］］）

　　3.直线插补运动速度比例自由控制，当前速度= SPEED*SPEED_RATIO。

　　语法：SPEED_RATIO（轴号） = value

　　4.运动暂停与恢复，MOVE_PAUSE暂停，MOVE_RESUME恢复运动。

　　语法：MOVE_PAUSE（mode）

　　5.运动取消，轴/轴组减速停止，CANCEL（2）为急停，RAPIDSTOP（2）为全部轴急停。

　　语法：CANCEL（mode） AXIS（主轴），RAPIDSTOP（mode）

　　二、直线插补类型

　　1.直线插补有以下三种形式可选：

　　（1）MOVE相对运动指令插补运动的距离参数为与当前插补起点的相对距离，采用SPEED速度。（2）MOVEABS绝对运动指令插补运动的距离参数为相对于原点的绝对距离，在相对运动指令后方加上ABS后缀，采用SPEED速度。（3）MOVESP/MOVEABSSP运动指令带SP的指令运动速度采用FORCE_SPEED强制速度参数运动，而不是SPEED参数，在相对运动指令或绝对运动指令后方加上SP后缀即可。FORCE_SPEED参数能进入运动缓冲区，方便实现动态变速。2.三类运动形式的区别采用下方例子展开说明：（1）相对运动例子

　　RAPIDSTOP（2）

　　WAIT IDLE（0）

　　WAIT IDLE（1）

　　BASE（0，1）

　　DPOS=0，0

　　ATYPE=1，1

　　UNITS=100，100

　　SPEED=100，100 ‘运动速度

　　ACCEL=1000，1000

　　DECEL=1000，1000

　　FORCE_SPEED=150，150 ’SP指令速度

　　SRAMP=100，100 ‘S曲线

　　TRIGGER ’自动触发示波器

　　MOVE（200，150） ‘第一段终点（200，150）

　　MOVE（100，120） ’第二段终点（300，270）

　　END

　　

　　

　　（2）绝对运动例子

　　RAPIDSTOP（2）

　　WAIT IDLE（0）

　　WAIT IDLE（1）

　　BASE（0，1）

　　DPOS=0，0

　　ATYPE=1，1

　　UNITS=100，100

　　SPEED=100，100 ‘运动速度

　　ACCEL=1000，1000

　　DECEL=1000，1000

　　SRAMP=100，100 ’S曲线

　　TRIGGER ‘自动触发示波器

　　MOVEABS（200，150） ’第一段

　　MOVEABS（100，120） ‘第二段运动到绝对位置（100，120）

　　END

　　

　　

　　（3）SP运动指令例子

　　RAPIDSTOP（2）

　　WAIT IDLE（0）

　　WAIT IDLE（1）

　　BASE（0，1）

　　DPOS=0，0

　　ATYPE=1，1

　　UNITS=100，100

　　SPEED=100，100 ’运动速度

　　ACCEL=1000，1000

　　DECEL=1000，1000

　　FORCE_SPEED=150，150 ‘SP指令速度

　　SRAMP=100，100 ’S曲线

　　TRIGGER ‘自动触发示波器

　　MOVE（200，150） ’第一段相对运动，速度100

　　MOVESP（100，120） ‘第二段SP相对运动，速度150

　　END

　　

　　

　　三、MOVESP动态变速

　　MOVESP直线插补运动采用FORCE_SPEED设置的速度运动，并且支持STARTMOVE_SPEED自定义每段SP运动的开始速度，ENDMOVE_SPEED自定义每段SP运动的结束速度，这两个参数不使用时请设置较大值。

　　例子：

　　RAPIDSTOP（2）

　　WAIT IDLE（0）

　　WAIT IDLE（1）

　　BASE（0，1） ’选择XY

　　DPOS = 0，0

　　MPOS = 0，0

　　ATYPE=1，1 ‘脉冲方式步进或伺服

　　UNITS = 100，100 ’脉冲当量

　　SPEED = 100，100

　　ACCEL = 200，200

　　DECEL = 200，200

　　SRAMP=100，100 ‘S曲线

　　TRIGGER

　　’第一段

　　FORCE_SPEED = 50 ‘第一段速度50

　　MOVESP（40，40）

　　’第二段

　　FORCE_SPEED = 60 ‘第二段速度60

　　MOVESP（50，50）

　　’第三段

　　FORCE_SPEED = 80 ‘第三段速度80

　　MOVESP（60，60）

　　END

　　速度变化曲线：从速度为0开始运动，完成三段直线插补运动，第一段插补的运动速度50，第二段运动速度60，，第三段运动速度80。

　　

　　四、直线插补的速度倍率控制

　　直线插补运动中支持SPEED_RATIO设置当前运动速度的比例，使得当前运动速度=SPEED* SPEED_RATIO，指令发送立即生效，故可借助此命令实现动态变速。

　　例子：

　　RAPIDSTOP（2）

　　WAIT IDLE

　　BASE（0，1） ’选择轴0，1

　　DPOS=0，0

　　UNITS=1000，1000

　　SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

　　ACCEL = 1000，1000

　　DECEL = 1000，1000

　　SRAMP = 50，50

　　TRIGGER

　　SPEED_RATIO = 1 ’速度比例为1，速度100

　　MOVE（100，120） ‘直线插补

　　DELAY（500） ’等待0.5s

　　SPEED_RATIO = 2 ‘速度200

　　WAIT UNTIL REMAIN《50 ’等待剩余距离小于50

　　SPEED_RATIO = 0.5 ‘速度降为50

　　WAIT IDLE

　　SPEED_RATIO=1

　　END

　　速度变化曲线：

　　

　　五、直线插补运动暂停与恢复

　　MOVE_PAUSE运动暂停适用于插补运动，有以下几种模式：0（缺省）暂停当前运动。

　　20170513固件版本增加此功能

　　例子：

　　BASE（0，1） ’选择轴0，1

　　DPOS=0，0

　　UNITS=1000，1000

　　SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

　　ACCEL = 1000，1000

　　DECEL = 1000，1000

　　SRAMP = 50，50

　　TRIGGER

　　MOVE（100，100） ’当前运动

　　MOVE（50，50） ‘缓冲运动

　　MOVE_PAUSE（1） ’模式1，当前运动完成暂停

　　DELAY（2000）

　　MOVE_RESUME ‘恢复运动，缓冲运动开始执行

　　END

　　运动曲线如下图：

　　

　　05直线插补例程

　　一、两轴连续插补完成五角星轨迹

　　’总线初始化使能EtherCAT总线驱动器，脉冲型驱动器OP打开使能。

　　BASE（0，1）

　　UNITS=10000，10000

　　SPEED=100，100

　　ACCEL=1000，1000

　　DECEL=1000，1000

　　SRAMP=100，100

　　DPOS=0，0

　　MPOS=0，0

　　TRIGGER ‘自动触发示波器

　　’五角星轨迹

　　MOVEABS（1.4695， 1.0676）

　　MOVEABS（2.9389， 0.0000）

　　MOVEABS（2.3776， 1.7275）

　　MOVEABS（3.8471， 2.7951）

　　MOVEABS（2.0307， 2.7951）

　　MOVEABS（1.4695， 4.5225）

　　MOVEABS（0.9082， 2.7951）

　　MOVEABS（-0.9082， 2.7951）

　　MOVEABS（0.5613， 1.7275）

　　MOVEABS（0.0000， 0.0000）

　　END

　　示波器采样运动随时间变化的波形：

　　

　　示波器采样两轴插补轨迹：

　　

　　shn