菜鳥學四軸控制器之1:插補是啥東西


之前看過運動控制芯片的手冊,包括了NOVA的MCX314和PCL6045等,知道插補的概念。

但是插補到底是啥玩意,其實一直是有點疑惑的,然后就傻乎乎的去問一些專家,他們的說法是:

插補可以同時多軸輸出,速度很快。然后就不知道問啥了。

基於我之前做步進電機的經驗,以及測試步進電機驅動器的經驗,我一般情況下都是通過單片機發一個固定脈沖來測試驅動器的性能。如果需要測試電機各種速度下的力矩特性,最多采用了S加減速曲線,在我看來,要畫一個直線,那太簡單了,直接X軸和Y軸同時給不同速度的脈沖不就OK了么?

要畫圓形和各種曲線,也很類似啊,為什么要加入插補這個概念?

后來在某度上查插補的概念,知道插補算法是一個數據密化的過程。

所以說,是的,我是一只超級菜鳥,因為:

1、對數控的理論和多軸控制器的理論,基本就是聽說過。

2、我電子信息專業畢業,畢業多年一直做的是步進驅動器這塊的硬件設計。

基於步進驅動器已經沒有多少利潤,以及公司的發展需要,我打算從菜鳥開始,學習一下控制器的理論,希望自己能爭取到一年左右的時間,設計一款完整的,用於四軸控制雕刻機的控制器。

雖然很菜,但是還是零星的有一點資源:

1、雖然控制器了解不深,但是步進驅動器的市場和技術都有一定的了解。

2、有不少客戶和朋友,都能用得上這樣的控制器,如果將成本做下來,低端也有低端的市場,做到哪一步算哪一步,一步一挪往上拱。

是為我目前的狀態。

趁周末的時間,我一頭扎進了湖南大學的舊書館,花了兩小時的時間,淘到了兩本書:

《機床數控技術及應用》:主要有兩章的內容,目前看來很重要:

1、數控機床的控制原理

2、數控機床的伺服驅動系統

其中第二部分的內容,各種電機都有了解,尤其是步進和伺服比較熟悉,看看里面需要補充哪些理論知識。

插補到底是啥東西?

插補是數控系統的核心!!!而我以前一直都沒重視!

插補有很多的算法,主要可以關注基准脈沖插補算法和數據采樣插補算法:

1、基准脈沖插補:

用於步進等中等精度的開環數控系統。

用於步進:最少我現在想要研究的就是基於步進的低端雕刻機。

中等精度:嗯嗯,高精度的我也沒有太關注,應該用到伺服才算是高精度吧。

開環數控系統:嗯嗯,這種2000元左右的控制器,應該是開環的數控系統吧。

輸出方式:脈沖方式,步進電機和低端的伺服都是用這種方式來控制,雕刻機就是用這種方式吧,還有,MCX314就是這種簡單的基准脈沖插補方式么?

基准脈沖插補也用到數據采樣進行精插補。

基准脈沖插補的兩種主要算法:

1、逐點比較法

2、數字積分法

還有別的啥比較積分,數字脈沖乘法器啥的,書上說用的少。

問題來了,MCX314和PCL6045用的是基准脈沖插補里面的逐點比較法么?

2、數據采樣插補:

輸出的不是脈沖,而是二進制的數據。

這樣應該主要用於網口或者CAN總線等方式的控制吧。

數據采樣插補有兩個過程,一個是粗插補,一個是精插補,粗插補的過程中,將要加工的長度L分成T個周期進行加工,L=FT,分成小線段后,再數據密化,進行精插補。

插補的周期要長一點,包括插補運算和控制器的其他實時操作任務,比如顯示。

日本FANUC的插補周期為8ms,其中采樣周期為4ms,現在很多廠家做到了1ms以內。

圓弧插補時,割線精度更好,但是計算比較負載,應用比較少,所以更多的直接用弦線。

交流/直流的閉環/半閉環通常用到了這種方法,應該要采樣具體運動的位置,所以計算也復雜一些,所以速度要更慢。

數據采樣插補主要的算法包括直線函數法和擴展數字積分法。

四軸雕刻機用到開環的系統,應該不會用到這種數據采樣插補的算法。


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