阅读说明：本技术 一种实现电子凸轮动态调整的方法及系统 (Method and system for realizing dynamic adjustment of electronic cam ) 是由 王晓宇 高朝阳 陈雨 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明属于凸轮自动化控制领域,并具体公开了一种实现电子凸轮动态调整的方法及系统。所述方法包括：准备多个任务的主轴CAD连续轨迹文件,主控程序以此依次生成多个任务的缓冲表数据,然后根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植,生成轴控制任务的当前表数据,并将其读取的当前表数据进行插值处理,以获取主轴的置位信号,然后再将所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换,获得从轴的脉冲信号,控制电机执行从轴动作。所述系统包括CAD连续轨迹文件、表读写模块、主控模块、伺服驱动器和电机。本发明利用动态更改数据表或参数的方式实现凸轮的动态调整,提高了电子凸轮功能的灵活性,拓展了其应用范围。(The invention belongs to the field of automatic control of cams, and particularly discloses a method and a system for realizing dynamic adjustment of an electronic cam. The method comprises the following steps: preparing a main shaft CAD continuous track file of a plurality of tasks, sequentially generating buffer table data of the plurality of tasks by a main control program, then carrying out data transplantation on the buffer table data according to a setting signal to generate current table data of a shaft control task, carrying out interpolation processing on the read current table data to obtain a setting signal of the main shaft, then carrying out shaft pulse conversion on the setting signal of the main shaft to obtain a pulse signal of a driven shaft, and controlling a motor to execute driven shaft action. The system comprises a CAD continuous track file, a table read-write module, a main control module, a servo driver and a motor. The invention realizes the dynamic adjustment of the cam by dynamically changing the data table or the parameters, improves the flexibility of the function of the electronic cam and expands the application range of the electronic cam.)

一种实现电子凸轮动态调整的方法及系统

技术领域

本发明属于凸轮自动化控制领域，更具体地，涉及一种实现电子凸轮动态调整的方法及系统。

背景技术

电子凸轮是利用构造的凸轮曲线来模拟机械凸轮，以达到机械凸轮系统相同的凸轮轴与主轴之间相对运动的软件系统。相对于机械凸轮，电子凸轮的灵活性更大，体现在曲线造型实用软件实现，成本低、可复用并且精准度高，因此电子凸轮可代替机械凸轮广泛运用于机械加工、水利水电以及印刷、缝纫行业。

在工业自动化进程下，控制系统、伺服的性能得到了广泛地提升，各种轻、重工业领域也对工业控制提出了更高速、更高精度、更高稳定性的需求，传统的基于运动控制卡与伺服电机结合的电子凸轮实现方案，难以在短时间完成计算或获取下一步任务，或者对需要主控制任务外加负载，进而难以实现电子凸轮动态调整，难以满足更多领域对于轴的动态控制的需求。

因此本领域亟待针对现有电子凸轮动态调整存在的问题，提出一种新的实现电子凸轮动态调整的方法，以提高了电子凸轮功能的灵活性，拓展其应用范围。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实现电子凸轮动态调整的方法及系统，其中结合电子凸轮自身的特征及其多任务机制的特点，相应设计了可实现电子凸轮动态调整的方法，其通过将多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据生成缓存数据，然后根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植，采用多任务机制依次读取所述当前表数据，并将其读取的当前表数据进行插值处理，以获取主轴的置位信号，然后再将所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换，获得从轴的脉冲信号。本发明利用动态更改数据表或参数的方式实现凸轮的动态调整，实现了电子凸轮生成可采用离线或在线的方式，由此提高了电子凸轮功能的灵活性，拓展了其应用范围。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种实现电子凸轮动态调整的方法，包括以下步骤：

S1准备多个任务的主轴CAD连续轨迹文件；

S2主控程序采用多任务机制，读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据,并以此依次生成多个任务的缓冲表数据，然后根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植，生成轴控制任务的当前表数据；

S3主控程序采用多任务机制依次读取所述当前表数据，并将其读取的当前表数据进行插值处理，以获取主轴的置位信号，然后再将所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换，获得从轴的脉冲信号；

S4伺服驱动器接收所述从轴脉冲信号，并控制电机执行从轴动作；

S5重复步骤S2至S4，以实现多个任务转换过程中电子凸轮的动态调。

进一步的，步骤S2中，读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据之前，还需按照预设任务量对多个任务的主轴CAD连续轨迹文件进行分段。

进一步的，步骤S2中，所述缓冲表数据包括缓冲表前位置数据以及缓冲表后位置数据，其中，所述缓冲表前位置数据在移植过程中，将缓冲表后位置数据作为缓冲表前位置数据填充至缓冲表前位置数据中，同时读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据，以生成缓冲表后位置数据。

进一步的，步骤S2中，所述当前表数据包括当前表前位置数据和当前表后位置数据，其中，所述当前表前位置数据在读取过程中，将当前表后位置数据作为前表前位置数据填充至当前表前位置数据中，同时缓冲表数据进行数据移植，以生成当前表后位置数据。

进一步的，步骤S3中，所述主轴的置位信号包括主轴前置位信号和主轴后置位信号，其中，所述主轴前置位信号在进行轴脉冲转换过程中，更改主轴后置位信号，并将更改后的主轴后置位信号作为主轴前置位信号，同时，依次读取所述当前表数据，并将其读取的当前表数据进行插值处理，以获取主轴后置位信号，当所述主轴前置位信号轴脉冲转换完毕后进行清零处理。

进一步的，所述缓冲表数据储存的数据量大于当前表数据储存的数据量。

按照本发明的另一个发明面，提供一种实现电子凸轮动态调整的系统，包括CAD连续轨迹文件、表读写模块、主控模块、伺服驱动器和电机，其中，

所述CAD连续轨迹文件用于存储电子凸轮主轴的轨迹曲线；

所述表读写模块的输入端与所述CAD连续轨迹文件连接，其输出端与所述主控模块的输入端连接，用于从所述CAD连续轨迹文件分段读取数据，以连续获得缓冲表数据、当前数据表；

所述主控模块的输出端与所述伺服驱动器的输入端连接，用于依次查所述当前数据表，并插值获得主轴的置位信号，根据所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换，获得从轴的脉冲信号；

所述伺服驱动器接收所述从轴脉冲信号，并控制电机执行从轴动作，实现电子凸轮的动态调整。

进一步的，所述表读写模块包括依次通信连接的部分轨迹数据存储单元、轴位置数据存储单元、电子凸轮缓冲表单元以及电子凸轮当前表单元。

进一步的，所述主控模块包括主控程序查表单元和轴脉冲缓冲存储单元。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明基于多任务机制，将多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据依次生成多个任务的缓冲表数据，并根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植生成轴控制任务的当前表数据，然后转化成从轴的脉冲信号，本发明利用动态更改转化成从轴的脉冲信号的一系列信号，从而实现多个任务转换过程中电子凸轮的动态调。该方法使得电子凸轮生成可采用离线或在线的方式，由此提高了电子凸轮功能的灵活性，拓展了其应用范围。

2.本发明采用多任务机制，使用另外一个周期更大的任务，用来完成对表的读写，该方法对于主控制任务基本没有额外负载，只需要在特定的时候将全局置位信号变更即可完成对辅助读写表任务的自动控制。

3.本发明在全局变量主轴后置位信号置位后，读写任务触发，将缓冲表里的对应区域数据移植进当前表后位置数据中，并且生成下个轨迹点的电子凸轮表数据的后部分写进成缓冲表后位置数据的区域中，此时从轴读取根据当前表前位置数据转换得到的从轴的脉冲信号，因此不会发生冲突。

4.本发明为了保证数据的交互的准确性和稳定性，首先需要设置控制周期中的触发置换信号，其需要考虑读写任务的时间要求，以及读写任务的执行周期，当主轴速度及读写任务周期满足在触发置位信号，完成下一部分读写任务之前，主轴不会运动到另一部分即可，多任务正是这种多任务的架构，保证了读写任务能够充分地完成数据交换以及数据生成，而不用担心中途出错，并且实现了电子凸轮的灵活性，使得其可以支持在线轨迹的生成，进而实现在线控制。

5.本发明系统，基于多任务机制，将多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据依次生成多个任务的缓冲表数据，并根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植生成轴控制任务的当前表数据，然后转化成从轴的脉冲信号，本发明利用动态更改转化成从轴的脉冲信号的一系列信号，从而实现多个任务转换过程中电子凸轮的动态调。该方法使得电子凸轮生成可采用离线或在线的方式，由此提高了电子凸轮功能的灵活性，拓展了其应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的方法的总体流程图；

图2是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的方法的表读写任务与轴控制任务流程图；

图3是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的方法中信号触发停止状态示意图；

图4是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的方法中信号触发动作状态示意图；

图5是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的方法中从轴跨周期循环动作状态示意图；

图6是本发明实施例一种实现电子凸轮动态调整的系统结构组成示意图；

图7是本发明实施例涉及的电子凸轮状态表。

具体实施方式

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明电子凸轮动态调整系统包括电子凸轮状态机模块、凸轮表数据结构模块及读写模块。

如图7所示，电子凸轮状态机模块包括脱开状态和啮合状态，其中，脱开状态包括初始上电时的状态Disabled、初始化后的状态StandStill、因错误导致停止的状态ErrorStop、正常停止的中间状态Stopping。进一步的，Disabled状态向StandStill状态跃迁需要初化始凸轮参数，其包括确认凸轮表数据来源、确定凸轮工作状态、准备轴间啮合，调整从轴状态至跟随状态。一旦初始化后，确定了电子凸轮的工作状态，便不可向其他工作状态跃迁。啮合状态则包括三种，一种是Signal状态，即在正常工作的电子凸轮系统引入信号机制，从轴的运动可由外部信号的触发改变(停止或开始)，第二种是用作轴组之间的同步纽带，不同轴组之间的复杂运动可用轨迹来定义，一段完整的轴组坐标运动，如末端执行件XYZ坐标的点位运动，可经过电子凸轮展成一段从轴的点位运动曲线，而主轴则生成线性对应的运动曲线，如此两对轴组之间即可完成轴组间的同步运动。第三种是从轴周期跨越多个主轴周期的动作，即主轴完成了N个周期的动作，而从轴则在N个周期内分别进行不同的动作。为了实现这个目标，当然可以用另一组电子凸轮来完成，但上述这种方法可以在不停机的情况下自由变更跨度，或是自由增加动作，而无需引入额外的凸轮关系，因此要更加简便。

所述的电子凸轮表结构分为两个部分，一部分是数据存储区，一部分是凸轮工作状态信息。数据存储区的大小无明确上限，仅用来存储数据。以信号接入为例，如果工作从轴有除了正常工作状态外有一个以上的其他状态，则其他状态对应的动作曲线将会被存储在另一些凸轮表中，这些表在初始化时会存储下来，凸轮表工作在正常状态时，每周期开始首先校验信号状态以及当前凸轮位置，在信号触发时，会由另一个工作周期更长的任务来执行两张表间的数据互换。如图3、图4所示，在第三个周期内信号触发，下一个周期内电子凸轮即采取触发时的行动，当信号消失，将置换的数据再从另一张表中置换回来。凸轮表另一部分作为凸轮关系数据，在初始化后存在于状态机中，用于指示读取程序对凸轮表的解析。

为了保证从轴运动的稳定性和安全性，所述的电子凸轮表读取方法如下：每一次引入的改变，将只能在下一次主轴周期才会开始生效，以防止曲线突变给系统带来的不可预知的后果。在读取凸轮表的过程中，首先会读取凸轮表的工作类型，然后读取的是当前主轴的位置，如果是在表头，则需要判断是否进行表切换或者数据切换。

具体如下：如图1、图2、图3、图4、图5以及图6所示，首先，准备多个任务的主轴CAD连续轨迹文件，读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据之前，还需按照预设任务量对多个任务的主轴CAD连续轨迹文件进行分段。由于主轴及从轴控制程序在实际控制中需要有高度的同步性，控制周期可达1ms甚至更低，在如此短的控制周期内如果需要完成计算或其他任务，将提高系统的硬件需求而提高成本，并且因为计算任务的不确定性，很有导致控制任务的宕机，因此这里采用多任务机制，使用另外一个周期更大的任务，用来完成对表的读写，这样做对于主控制任务基本没有额外负载，只需要在特定的时候将全局置位信号变更即可完成对辅助读写表任务的自动控制。因此，在本发明中，可根据任务需要，可同时准备多个任务的主轴CAD连续轨迹文件，然后根据需要将这个任务进行排列，依次录入系统。

然后，主控程序采用多任务机制，读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据,并以此依次生成多个任务的缓冲表数据，然后根据置位信号将所述缓冲表数据进行数据移植，生成轴控制任务的当前表数据；其中，所述缓冲表数据包括缓冲表前位置数据以及缓冲表后位置数据，其中，所述缓冲表前位置数据在移植过程中，将缓冲表后位置数据作为缓冲表前位置数据填充至缓冲表前位置数据中，同时读写多个任务的主轴CAD连续轨迹文件的数据，以生成缓冲表后位置数据。所述当前表数据包括当前表前位置数据和当前表后位置数据，其中，所述当前表前位置数据在读取过程中，将当前表后位置数据作为前表前位置数据填充至当前表前位置数据中，同时缓冲表数据进行数据移植，以生成当前表后位置数据。接着，主控程序采用多任务机制依次读取所述当前表数据，并将其读取的当前表数据进行插值处理，以获取主轴的置位信号，然后再将所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换，获得从轴的脉冲信号；其中，所述主轴前置位信号在进行轴脉冲转换过程中，更改主轴后置位信号，并将更改后的主轴后置位信号作为主轴前置位信号，同时，依次读取所述当前表数据，并将其读取的当前表数据进行插值处理，以获取主轴后置位信号，当所述主轴前置位信号轴脉冲转换完毕后进行清零处理。

在此过程中，以连续不循环的工作状态为例，为实现同步，一组凸轮关系对应两个凸轮表，一个是当前从轴会读取的表，另一个是用作数据缓冲的表，在上电后，电子凸轮会初始化，完成两张表的初始化数据填充。在进入工作状态后，如图5左，从轴会一直读取根据当前表前位置数据转换得到的从轴的脉冲信号，然后下发位置指令控制从轴运动，同时为了准备下个周期的不同轨迹的位置曲线，需要将主轴前置位信号置1，并清零主轴前置位信号。在全局变量主轴后置位信号置位后，读写任务触发，将缓冲表里的对应区域数据移植进当前表后位置数据中，并且生成下个轨迹点的电子凸轮表数据的后部分写进成缓冲表后位置数据的区域中，此时从轴读取根据当前表前位置数据转换得到的从轴的脉冲信号，因此不会发生冲突。当主轴运行到后半部分时，主轴前置位信号置1，主轴后置位信号置0，读写任务接收信号触发，将缓冲表前位置数据移植到当前表后位置数据，并重新生成缓冲区后半区域的数据，如此循环往复。为了保证数据的交互的准确性和稳定性，首先需要设置控制周期中的触发置换信号，其需要考虑读写任务的时间要求，以及读写任务的执行周期，当主轴速度及读写任务周期满足在触发置位信号，完成下一部分读写任务之前，主轴不会运动到另一部分即可，多任务正是这种多任务的架构，保证了读写任务能够充分地完成数据交换以及数据生成，而不用担心中途出错，并且实现了电子凸轮的灵活性，使得其可以支持在线轨迹的生成，进而实现在线控制。

然后，伺服驱动器接收所述从轴脉冲信号，并控制电机执行从轴动作。

最后重复上述步骤，以实现多个任务转换过程中电子凸轮的动态调。

本发明还提供了一种实现电子凸轮动态调整系统，包括CAD连续轨迹文件100、表读写模块200、主控模块300、伺服驱动器400和电机500，其中，所述CAD连续轨迹文件100用于存储电子凸轮主轴的轨迹曲线；所述表读写模块200的输入端与所述CAD连续轨迹文件100连接，其输出端与所述主控模块300的输入端连接，用于从所述CAD连续轨迹文件100分段读取数据，以连续获得缓冲表数据、当前数据表；所述主控模块300的输出端与所述伺服驱动器400的输入端连接，用于依次查所述当前数据表，并插值获得主轴的置位信号，根据所述主轴的置位信号进行轴脉冲转换，获得从轴的脉冲信号；所述伺服驱动器400接收所述从轴脉冲信号，并控制电机500执行从轴动作，实现电子凸轮的动态调整。

进一步的，所述表读写模块200包括依次通信连接的部分轨迹数据存储单元204、轴位置数据存储单元203、电子凸轮缓冲表单元202以及电子凸轮当前表单元201。

进一步的，所述主控模块300包括主控程序查表单元301和轴脉冲缓冲存储单元302。

进一步的，当使用者有不同需求时，表读写模块200可以根据具体情况选择不同的读写方法，本系统方法开发基于IEC61131平台，包含多任务模型，不限制硬件平台，本例中主控模块300采用标准语言的SFC实现，但实际实现方式不限。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。