单片机和光栅尺做的全闭环步进系统成功

3dbuild · 发表于 2014-12-19 13:26

试验用的是网上买的二手垃圾塑料丝杆，长度方向精度很差，而且回差大约3mm，加上0.02mm一个脉冲的光删尺后，全行程重复定位精度不超过0.06mm，回差完全没有影响，闭环控制采用的是等待方式，控制器发现实际位置和预计位置超过0.02mm时，冻结系统位置变量并自动追加脉冲，直到实际位置和预计位置相同，继续输出正常脉冲，这个方式可以理解为追赶方式，移动部件当作是一个运动员，预计位置是跑道上一个不断移动的目标点，当发现运动员距离目标点超过0.02mm时，目标点停止移动，等待运动员追赶上来，然后再继续。使用这个方法后，控制器可以探测到撞机等造成步进严重丢步的情况，报警并停止运行，也可以探测到回差的大小，当回差大于设置值时，通知操作者调节机器。这个系统目标是6轴全闭环联动

zhlmnet · 发表于 2014-12-19 17:25

不错，好东西

WQWNN · 发表于 2014-12-19 18:17

上图片看看没有图片

3dbuild · 发表于 2014-12-19 19:33

WQWNN 发表于 2014-12-19 18:17
上图片看看没有图片

工作项目，不方便发图片，只能提供一个实现的方向

3dbuild · 发表于 2014-12-19 19:49

WQWNN 发表于 2014-12-19 18:17
上图片看看没有图片

追赶方式原理：

1 当实际位置落后于目标位置时，补充一个脉冲，目标位置暂停插补
2 当实际位置和目标位置相同时，正常插补和发脉冲

追赶方式的缺陷

传动系统的各种误差累积起来，有可能使实际位置落后或超前目标位置，试验发现用追赶方式时，对实际位置超前目标位置的情况，不好处理，电机会有瞬间暂停现象，声音也不平顺

所以系统参数选择时，要确保实际位置永远落后于目标位置，方法很简单，把步进当量减小为90%，通常的机械传动不会产生10%这么大的总误差，所以这个方法是通用的。例如正确参数是每毫米100脉冲，改为每毫米90脉冲后，普通开环系统走动的距离是原来的90%，在闭环系统控制下，在第9个脉冲后，会发现超过误差，需要补充1个脉冲，1毫米正好补齐100个脉冲。对于丝杆有误差，或用齿条传动等有更大系统误差，还有回差等等情况下，系统可以自动在超过0.02毫米误差时，补充脉冲直到误差小于0.02毫米，多轴同时进行处理，只有每个轴都没有超过误差时，才继续正常的插补，保证在整个运动路线上误差都不超过某个数值，光栅细分后可以达到0.005毫米的分辨率，因为单片机性能有限，而且精度已经够用，现在没有对光栅数据做细分

WQWNN · 发表于 2014-12-19 21:22

看看你的图片学习下有成品吗

3dbuild · 发表于 2014-12-19 22:11

WQWNN 发表于 2014-12-19 21:22
看看你的图片学习下有成品吗

这个是上一版本，设计有点问题，已报废，差不多是这个样子

whb636918 · 发表于 2014-12-20 04:47

神人说他编写的神秘密故事

zhbsmart · 发表于 2014-12-20 10:25

牛，对搞编程的和设计电路的很佩服

bd2bo · 发表于 2014-12-21 18:34

本帖最后由 bd2bo 于 2014-12-21 18:36 编辑

whb636918 发表于 2014-12-20 04:47
神人说他编写的神秘密故事

我觉得这张电路板也很神。

yangyichang · 发表于 2014-12-21 19:58

你这个单片机的运算速度够吗？高速运动会不会有卡顿？这个实现起来不复杂。但要做到高速的话就不那么容易了

3dbuild · 发表于 2014-12-21 21:48

本帖最后由 3dbuild 于 2014-12-21 21:54 编辑

yangyichang 发表于 2014-12-21 19:58
你这个单片机的运算速度够吗？高速运动会不会有卡顿？这个实现起来不复杂。但要做到高速的话就不那么容易了 ...

用了5个20m主频的CPU，输出输出全部光耦隔离，总共12轴，分为2组，每组6轴联动，最高输出28.8kHz左右，在8细分的情况下，配合齿条驱动的大型雕刻机是18米/分钟，配合5mm螺距的丝杆是5.4米/分钟，标准加减速控制，18步前瞻式速度预测，运动顺畅，运行效果和维宏差不多

fuwz88 · 发表于 2014-12-22 10:10

高手在民间

zhlmnet · 发表于 2014-12-22 16:26

3dbuild 发表于 2014-12-21 21:48
用了5个20m主频的CPU，输出输出全部光耦隔离，总共12轴，分为2组，每组6轴联动，最高输出28.8kHz左右，在 ...

用的中断脉冲输出？

3dbuild · 发表于 2014-12-22 18:59

fuwz88 发表于 2014-12-22 10:10
高手在民间

3dbuild · 发表于 2014-12-22 19:06

zhlmnet 发表于 2014-12-22 16:26
用的中断脉冲输出？

是的，处理G代码的CPU用中断输出脉冲，另一个CPU采集6路光栅信号，全闭环系统，在最后环节采集光栅信号，因为电机通常经过很大的减速比才到最后环节，所以需要的响应速度反而比直接采集装在电机上的编码器要低得多

夜行侠 · 发表于 2014-12-22 20:03

学习，谢谢楼主。

yangyichang · 发表于 2014-12-23 10:34

我有一网友也做这个。已经在销售了。做好了非常有前途。

zhlmnet · 发表于 2014-12-23 10:37

3dbuild 发表于 2014-12-22 19:06
是的，处理G代码的CPU用中断输出脉冲，另一个CPU采集6路光栅信号，全闭环系统，在最后环节采集光栅信号， ...

我用72m的mcu，用中断的话，输出4路200k就已经占用100%了，还是用dma的好

3dbuild · 发表于 2014-12-23 12:35

zhlmnet 发表于 2014-12-23 10:37
我用72m的mcu，用中断的话，输出4路200k就已经占用100%了，还是用dma的好

200K性能超过太多，用伺服才需要，我用的机器是步进电机，只需要20K左右

单片机和光栅尺做的全闭环步进系统成功

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