基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法及系统
阅读说明：本技术 基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法及系统 (Circuit control-based executing mechanism movement speed information acquisition method and system ) 是由 王慧英 徐鑫 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法及系统,该方法包括以下步骤：S1、根据各个设备具体运行情况,采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F；S2、采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F-1；S3、根据实际需求,调整可编程控制器输出的期望脉冲频率F-1；S4、将可编程控制器生成的脉冲宽度调制PWM波作为输入信号发送到被控设备。有益效果：利用可编程控制器生成的PWM波产生编码器脉冲,则主要受限于可编程的算力,生成PWM波的算法以及可编程电子设计,在固定的测试条件中,传统编码器能生成几百到几千赫兹频率的PWM波,可编程控制器则可以轻松实现10k赫兹以上的PWM波输出。(The invention discloses a circuit control-based method and a circuit control-based system for acquiring motion speed information of an actuating mechanism, wherein the method comprises the following steps: s1, calculating to obtain the theoretical running pulse frequency F of the encoder by adopting a preset method according to the specific running condition of each device; s2, calculating to obtain the expected pulse frequency F of the encoder by adopting a preset rule 1 (ii) a S3, according to actual requirements, adjusting the expected pulse frequency F output by the programmable controller 1 (ii) a And S4, sending the pulse width modulation PWM wave generated by the programmable controller to the controlled equipment as an input signal. Has the advantages that: the encoder pulse generation by utilizing the PWM wave generated by the programmable controller is mainly limited by programmable computing power, an algorithm for generating the PWM wave and programmable electronic design, in a fixed test condition, the traditional encoder can generate the PWM wave with the frequency of hundreds to thousands of hertz, and the programmable controller can easily realize the output of the PWM wave with the frequency of more than 10 kilohertz.)
技术领域
本发明涉及通过控制电路产生编码器脉冲，应用于多个执行机构间运动速度信息采集的方法技术领域，具体来说，涉及基于电路控制的执行机构运动速度信息采集的方法。
背景技术
现有运动机构的测速，往往是利用编码器，通过机械传动的方式，将直线或者旋转运动速度信息转换为编码器的脉冲信号，将结果换算成具体速度值。而在利用脉冲进行机构间运动协调的情况下，脉冲频率越高，分辨率越高，协调控制平稳性就越好。现有的编码器，其分辨率根本上取决于内部光电码盘的分辨率/线数，而受限于空间和加工工艺，其分辨率/线数不能大幅度提高，高分辨率编码器体积和成本均较高，同时也对内部材料和外部使用环境提出了更高的要求。编码器需要可靠的机械设备与被测机构进行固定和连接，占用空间，并且增加成本。编码器需要通过机械结构和物理接触，才能对运动机构进行速度测量，由于不同设备间连接方式与安装精度的差异，会影响设备性能的一致性。通过机械结构测量速率，引入了新的测量误差，在现有控制技术完善的当下，新引入的测量误差可能比被测机构整体稳定运行时的误差更大。例如常见的利用编码器轮测量凹凸不平的纸张表面速率的方案，轮的轻微跳动会导致测得的速率偏小，轮的安装和加工公差会带来结果的波动。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法，该方法包括以下步骤：
S1、根据各个设备具体运行情况，采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F；
S2、采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1；
S3、根据实际需求，调整可编程控制器输出的期望脉冲频率F1；
S4、将可编程控制器生成的脉冲宽度调制PWM波作为输入信号发送到被控设备。
进一步的，所述各个设备具体运行情况包括但不限于运行速度和运行稳定度参数。
进一步的，所述采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F还包括以下步骤：
S11、采用现有设计或标准设计设计编码器；
S12、设计好的编码器采集实际测量数据并结合相关计算公式，计算出设备运行时对应于速度范围内的理论运行脉冲频率F。
进一步的，所述采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1还包括以下步骤：
S21、对编码器内部控制电路进行编程，并控制编码器的内部程序参数；
S22、利用通用控制板产生两路相关联，得到期望脉冲频率F1。
进一步的，所述通用控制板产生两路相关联的两相相位差为90度。
进一步的，所述期望脉冲频率F1的计算公式如下：
F1＝A*F(A∈N+)；
其中，A为控制精度倍率，F为理论运行脉冲频率，N为自然数。
根据本发明的另一方面，还提供了基于电路控制的执行机构运动速度信息采集的系统，该系统包括：
理论运行脉冲频率计算模块，用于根据各个设备具体运行情况，采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F；
期望脉冲频率计算模块，采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1；
期望脉冲频率调整模块，根据实际需求，调整可编程控制器输出的期望脉冲频率F1；
传输模块，将可编程控制器生成的脉冲宽度调制PWM波作为输入信号发送到被控设备。
进一步的，所述采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F还包括以下步骤：
S11、采用现有设计或标准设计设计编码器；
S12、设计好的编码器采集实际测量数据并结合相关计算公式，计算出设备运行时对应于速度范围内的理论运行脉冲频率F。
进一步的，所述采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1还包括以下步骤：
S21、对编码器内部控制电路进行编程，并控制编码器的内部程序参数；
S22、利用通用控制板产生两路相关联，得到期望脉冲频率F1。
进一步的，所述期望脉冲频率F1的计算公式如下：
F1＝A*F(A∈N+)；
其中，A为控制精度倍率，F为理论运行脉冲频率，N为自然数。
本发明的有益效果为：
1、高精度编码器成本较高，且受限于物理尺寸分辨率有限，编码器的分辨率存在限制，而新的技术方案则可以模拟超出现有高分辨率编码器的所能提供的频率的PWM波。
2、去除传统编码器复杂的固定链接结构，简化整体设计，节约成本，提高设备的可靠性，避免了结构件的加工公差以及零件间的安装公差，提高同类设备间的性能一致性，避免控制系统中引入新的误差，提高设备运行精度。
3、利用可编程控制器生成的PWM波产生编码器脉冲，则主要受限于可编程的算力，生成PWM波的算法以及可编程电子设计，在固定的测试条件中，传统编码器能生成几百到几千赫兹频率的PWM波，可编程控制器则可以轻松实现10k赫兹以上的PWM波输出。
4、可编程控制器相较于编码器重量更轻，安装体积普遍也较少。
5、模拟出来的PWM波不是通过实际测量产生，而是以一个理想参数为依据，由可编程生成，在被测量机构运动控制较为精确，对于需要使用PWM波为依据，对运动节奏进行控制的场景，输出理想状态下的PWM波，避免引入外部干扰，能够更好的控制机构间的协调运作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的基于电路控制的执行机构运动速度信息采集系统的原理框图；
图3是根据本发明实施例的基于电路控制的执行机构运动速度信息采集的系统运行原理框图。
附图标记：
1、理论运行脉冲频率计算模块；2、期望脉冲频率计算模块；3、期望脉冲频率调整模块；4、传输模块。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法及系统。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于电路控制的执行机构运动速度信息采集方法，该方法包括以下步骤：
S1、根据各个设备具体运行情况，采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F；
S2、采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1；
S3、根据实际需求，调整可编程控制器输出的期望脉冲频率F1；
S4、将可编程控制器生成的脉冲宽度调制PWM波作为输入信号发送到被控设备，如有需要，即适当成倍数调整各个设备内部参数，即可获得相比起传统编码器的设计方案，成A倍的控制精度提升。
在一个实施例中，所述各个设备具体运行情况包括但不限于运行速度和运行稳定度参数。
在一个实施例中，所述采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F还包括以下步骤：
S11、采用现有设计或标准设计设计编码器；
S12、设计好的编码器采集实际测量数据并结合相关计算公式，计算出设备运行时对应于速度范围内的理论运行脉冲频率F。
在一个实施例中，所述采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1还包括以下步骤：
S21、对编码器内部控制电路进行编程，并控制编码器的内部程序参数；
S22、利用通用控制板产生两路相关联，得到期望脉冲频率F1。
在一个实施例中，所述通用控制板产生两路相关联的两相相位差为90度。
在一个实施例中，所述期望脉冲频率F1的计算公式如下：
F1＝A*F(A∈N+)；
其中，A为控制精度倍率，F为理论运行脉冲频率，N为自然数。
根据本发明的另一个实施例，如图2所示，还提供了基于电路控制的执行机构运动速度信息采集的系统，该系统包括：
理论运行脉冲频率计算模块1，用于根据各个设备具体运行情况，采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F；
期望脉冲频率计算模块2，采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1；
期望脉冲频率调整模块3，根据实际需求，调整可编程控制器输出的期望脉冲频率F1；
传输模块4，将可编程控制器生成的脉冲宽度调制PWM波作为输入信号发送到被控设备。
在一个实施例中，所述采用预设方法计算得到编码器理论运行脉冲频率F还包括以下步骤：
S11、采用现有设计或标准设计设计编码器；
S12、设计好的编码器采集实际测量数据并结合相关计算公式，计算出设备运行时对应于速度范围内的理论运行脉冲频率F。
在一个实施例中，所述采用预设规则计算得到编码器期望脉冲频率F1还包括以下步骤：
S21、对编码器内部控制电路进行编程，并控制编码器的内部程序参数；
S22、利用通用控制板产生两路相关联，得到期望脉冲频率F1。
在一个实施例中，所述期望脉冲频率F1的计算公式如下：
F1＝A*F(A∈N+)；
其中，A为控制精度倍率，F为理论运行脉冲频率，N为自然数。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
实例(如图3所示)：arduino due(是一块基于Atmel SAM3X8E CPU的微控制器板)控制器替代传统编码器，控制memjet sirus引擎打印头喷墨；
1.在能够平稳运行的memjet sirus打印机运行时，测得打印机打印过程中，原装800线编码器搭配1.6cm编码器轮，以12m/s的打印速率打印时，编码器输出的频率为F＝3000hz，将打印机喷墨精度提升10倍，根据公式F1＝A*F(A∈N+)可以得出F1＝30Khz。
2.使用arduino due控制器，在PMC中启用PWM时钟，调整参数，产生一个60Khz，占空比为50％的脉冲宽度调制PWM波信号。分配一个接受和两个输出端口，将这个(脉冲宽度调制)PWM波信号再次接入arduino due上分配好的输入端口，使用分频算法分频出两路频率为F1＝30Khz，占空比50％，相位相差90度的信号，分别输出到分配好的两路输出端口，为CH1与CH2。
3.将两路信号接入memjet主机板中的编码器信号输入口CH1与CH2。
4.调整打印机framework中的步进密度参数为4040。
5.为arduino due通上电，arduino due即刻开始输出PWM(脉冲宽度调制)波进入打印机。
即可实现模拟线密度为8000线的编码器的工作情况。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，利用可编程控制器生成的PWM波产生编码器脉冲，则主要受限于可编程的算力，生成PWM波的算法以及可编程电子设计。在固定的测试条件中，传统编码器能生成几百到几千赫兹频率的PWM波，可编程控制器则可以轻松实现10k赫兹以上的PWM波输出；可编程控制器相较于编码器重量更轻，安装体积普遍也较少；模拟出来的PWM波不是通过实际测量产生，而是以一个理想参数为依据，由可编程生成。在被测量机构运动控制较为精确,对于需要使用PWM波为依据，对运动节奏进行控制的场景，输出理想状态下的PWM波，避免引入外部干扰，能够更好的控制机构间的协调运作，同时，高精度编码器成本较高，且受限于物理尺寸分辨率有限，编码器的分辨率存在限制，而新的技术方案则可以模拟超出现有高分辨率编码器的所能提供的频率的PWM波，去除传统编码器复杂的固定链接结构，简化整体设计，节约成本，提高设备的可靠性，避免了结构件的加工公差以及零件间的安装公差，提高同类设备间的性能一致性，避免控制系统中引入新的误差，提高设备运行精度。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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