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怎么理解运动控制动线的同步时钟呢?

作者:   来源:   发布时间:2019-12-24 21:49:51

  任何一样电子产品都需要有同步时钟,所有功能都是需要基于时钟节拍来完成的,从我们的电脑、手机到PLC、变频器,所有设备内部都需要自己的时钟。运动控制也是一样,需要基于时间轴来规划运动曲线,就像一段乐曲需要基于节拍来谱写一样。

  各个控制驱动产品在参与生产控制时,都是按照各自的时钟运行的,而且他们之间很多时候是相对独立的,这种独立主要体现在控制过程中产品之间的数据交互:

  信息数据交互的频次很低

  数据交换时刻的精度要求不高

  运动控制数据交换的优先级不高。

  比如一个普通传送带的速度控制,无论是控制器给驱动器发出的指令还是驱动器返回编码器速度值,达到毫秒级的更新时间就足够了,而且偶尔的发送指令和接收反馈的时间误差,也不会对控制性能产生太大影响(完全可以接受),在这种情况下,控制器和轴驱动之间的控制指令数据传输在网络通讯中的优先级也无须很高。

  然而,若需要完成一些高动态的运动控制时,我们需要让设备在极短的时间内完成一系列高速、复杂和高精度的动作,这就需要在控制中对运动轴进行实时的监控和调整。驱动器和控制器之间需要每隔特定的时间进行一次控制数据的交换(速度、位置、扭矩、反馈、给定等等)。

  每次数据交换,控制器需要将控制给定值(速度、位置、扭矩等)发送给轴驱动,同时从轴驱动读取当前控制反馈值;

  数据交换后,在下一次数据交换时间节点前,控制器需要基于读取的反馈值,迅速计算出下一次需要发送给轴驱动的给定值,轴驱动则需要根据控制器给定目标值完成相应动作;

  下一个数据交换时间节点,控制器需要将新的控制给定值(速度、位置、扭矩等)发送给轴驱动,同时再从轴驱动读取新一轮动作后的控制反馈值;将运行状态再反馈给控制器.

  周而复始,每隔一个固定的时间周期,控制器都需要完成这样的运算、驱动器需要完成相应的动作、它们之间都需要完成一次数据交换,这个固定的时间间隔称为轴刷新时间周期(course update time),可以参阅各类运控总线的手册指导,目前通常这个刷新时间间隔都在微秒级,可见其数据交换频率之高。

  在这种高动态运动控制中,控制器与轴驱动之间的数据交换的时间精度是极高的。在如此快速数据更新周期下,任何数据的迟到都将极大影响控制的性能,尤其是控制精度,正所谓“失之毫厘,谬以千里”。为了做到这一点,大部分运控总线都采用以控制器为基准主时钟校准对时,从而使系统中的时钟与控制器时钟达到同步。

  由于在总线上传输的信息量较多,为了确保在运控数据传输的时间精度,运控总线上关于运控的指令数据交换的优先级必须是极高的,也就是说,在规定的运控数据交互时间点上,必须进行关键运控数据的交互,其他任何在总线上的数据在此刻都必须让路等待(除了机器安全指令)。

  可以看到,要实现高动态的运动控制,控制器和驱动器的通讯总线必须具备上面所说的三个特性:

  高频率的运控数据交换

  运控数据交换时间节点的精确性

  运控数据交换在通讯总线中的高优先级

  早期的工业现场总线是不具备上述特性的,因此运动控制性能稍高的应用,传统工业现场总线是无法满足运控的应用性能要求的。

  直到出现了一些专业的实时通讯总线,其控制性能已经能够基本满足工业行业的大部分通用运动控制要求了,然而,由于其仍然属于运控专用网络,一方面产品硬件成本相对较高,另一方面其与设备控制系统的融合度不高带来应用成本的增加,加之设备轴数不多,运控总线运用的总体性价比很难体现,因此也并未被广泛的普及应用。

同步时钟

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