EtherCAT总线运动控制器的直线插补解析

本节课程主要通过几个部分讲解直线插补，分别为EtherCAT总线运动控制器介绍、运动控制器直线插补的原理、功能、实现方式和例程仿真演示。

01、XPLC864E2介绍

XPLC864E2是正运动技术推出的一款多轴经济型EtherCAT总线运动控制器，XPLC系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。

体积小，通讯功能全，支持RS232串口、RS485串口、网口、CAN总线、EtherCAT总线连接外设，多网口通道通过交换机扩展。

XPLC864E2支持脉冲轴和总线轴混合使用，总轴数为8，除了带EtherCAT接口之外，输出口可配置为8个脉冲信号输出，另带两路编码器输入，由输入口配置。

通过扩展最多支持12轴直线插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设置等功能。

02、直线插补原理

直线插补算法采用数据采样法，插补用小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各轴要运动的距离，不需要每走一个脉冲当量就插补一次，可达到很高的进给速度。

数据采样法原理是采用时间分割思想，根据进给速度f和插补周期t，将廓型曲线分割成一段段的轮廓步长l，l=ft，然后计算出每个插补周期参与插补运动的每个轴的坐标增量。

03、直线插补功能

一、直线插补特点

直线插补运动通过BASE指令选择轴号/轴组，控制多轴联动，完成直线运动。

主轴是BASE选择的第一个轴，插补运动轴参数UNITS、SPEED等均采用主轴的参数，发送MOVE直线插补运动指令，插补运动在主轴的运动缓冲区中按顺序执行，CANCEL指令取消插补运动，实现急停。

1.支持16轴直线插补运动

base（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15）

2.支持多通道同时插补

BASE（0，1）

MOVE（100，200）

BASE（2，3，4）

MOVE（30，40，50）

二、插补运动参数计算

以二轴直线插补为例：轴0和轴1两轴参与直线插补运动，如下图。

二轴直线插补运动从平面的A点运动到B点，XY轴同时启动，并同时到达终点，设置轴0的运动距离为∆X，轴1的运动距离为∆Y，主轴是BASE的第一个轴（此时主轴为轴0），插补运动参数采用主轴的参数。

若插补主轴运动速度为S（主轴轴0的设置速度），各个轴的实际速度为主轴的分速度，不等于S，此时：

插补运动的距离：X=［（∆X）2+（∆Y）2］½

轴0实际速度：S0=S×∆X/X

轴1实际速度：S1=S×∆Y/X

04、直线插补实现

XPLC864E2内置直线插补算法，支持8个EtherCAT总线轴联合直线插补，可扩展支持12轴插补，采用MOVE直线插补指令，便可轻松高效完成插补运动。

一、直线插补相关指令

1.MOVE发送脉冲给驱动器，实现直线插补运动。

语法：

MOVE（distance1 ［，distance2［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVEABS（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVESP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVEABSSP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

2.BASE指令选择参与插补的轴号，即MOVE运动发送给哪些轴。

语法：BASE（axis1 ［，axis 2 ［，axis 3 ［，axis 4.。.］］］）

3.直线插补运动速度比例自由控制，当前速度= SPEED*SPEED_RATIO。

语法：SPEED_RATIO（轴号） = value

4.运动暂停与恢复，MOVE_PAUSE暂停，MOVE_RESUME恢复运动。

语法：MOVE_PAUSE（mode）

5.运动取消，轴/轴组减速停止，CANCEL（2）为急停，RAPIDSTOP（2）为全部轴急停。

语法：CANCEL（mode） AXIS（主轴），RAPIDSTOP（mode）

二、直线插补类型

1.直线插补有以下三种形式可选：

（1）MOVE相对运动指令插补运动的距离参数为与当前插补起点的相对距离，采用SPEED速度。（2）MOVEABS绝对运动指令插补运动的距离参数为相对于原点的绝对距离，在相对运动指令后方加上ABS后缀，采用SPEED速度。（3）MOVESP/MOVEABSSP运动指令带SP的指令运动速度采用FORCE_SPEED强制速度参数运动，而不是SPEED参数，在相对运动指令或绝对运动指令后方加上SP后缀即可。FORCE_SPEED参数能进入运动缓冲区，方便实现动态变速。2.三类运动形式的区别采用下方例子展开说明：（1）相对运动例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ‘运动速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

FORCE_SPEED=150，150 ’SP指令速度

SRAMP=100，100 ‘S曲线

TRIGGER ’自动触发示波器

MOVE（200，150） ‘第一段终点（200，150）

MOVE（100，120） ’第二段终点（300，270）

END

（2）绝对运动例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ‘运动速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

SRAMP=100，100 ’S曲线

TRIGGER ‘自动触发示波器

MOVEABS（200，150） ’第一段

MOVEABS（100，120） ‘第二段运动到绝对位置（100，120）

END

（3）SP运动指令例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ’运动速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

FORCE_SPEED=150，150 ‘SP指令速度

SRAMP=100，100 ’S曲线

TRIGGER ‘自动触发示波器

MOVE（200，150） ’第一段相对运动，速度100

MOVESP（100，120） ‘第二段SP相对运动，速度150

END

三、MOVESP动态变速

MOVESP直线插补运动采用FORCE_SPEED设置的速度运动，并且支持STARTMOVE_SPEED自定义每段SP运动的开始速度，ENDMOVE_SPEED自定义每段SP运动的结束速度，这两个参数不使用时请设置较大值。

例子：

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1） ’选择XY

DPOS = 0，0

MPOS = 0，0

ATYPE=1，1 ‘脉冲方式步进或伺服

UNITS = 100，100 ’脉冲当量

SPEED = 100，100

ACCEL = 200，200

DECEL = 200，200

SRAMP=100，100 ‘S曲线

TRIGGER

’第一段

FORCE_SPEED = 50 ‘第一段速度50

MOVESP（40，40）

’第二段

FORCE_SPEED = 60 ‘第二段速度60

MOVESP（50，50）

’第三段

FORCE_SPEED = 80 ‘第三段速度80

MOVESP（60，60）

END

速度变化曲线：从速度为0开始运动，完成三段直线插补运动，第一段插补的运动速度50，第二段运动速度60，，第三段运动速度80。

四、直线插补的速度倍率控制

直线插补运动中支持SPEED_RATIO设置当前运动速度的比例，使得当前运动速度=SPEED* SPEED_RATIO，指令发送立即生效，故可借助此命令实现动态变速。

例子：

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE

BASE（0，1） ’选择轴0，1

DPOS=0，0

UNITS=1000，1000

SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

ACCEL = 1000，1000

DECEL = 1000，1000

SRAMP = 50，50

TRIGGER

SPEED_RATIO = 1 ’速度比例为1，速度100

MOVE（100，120） ‘直线插补

DELAY（500） ’等待0.5s

SPEED_RATIO = 2 ‘速度200

WAIT UNTIL REMAIN《50 ’等待剩余距离小于50

SPEED_RATIO = 0.5 ‘速度降为50

WAIT IDLE

SPEED_RATIO=1

END

速度变化曲线：

五、直线插补运动暂停与恢复

MOVE_PAUSE运动暂停适用于插补运动，有以下几种模式：0（缺省）暂停当前运动。

20170513固件版本增加此功能

例子：

BASE（0，1） ’选择轴0，1

DPOS=0，0

UNITS=1000，1000

SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

ACCEL = 1000，1000

DECEL = 1000，1000

SRAMP = 50，50

TRIGGER

MOVE（100，100） ’当前运动

MOVE（50，50） ‘缓冲运动

MOVE_PAUSE（1） ’模式1，当前运动完成暂停

DELAY（2000）

MOVE_RESUME ‘恢复运动，缓冲运动开始执行

END

运动曲线如下图：

05直线插补例程

一、两轴连续插补完成五角星轨迹

’总线初始化使能EtherCAT总线驱动器，脉冲型驱动器OP打开使能。

BASE（0，1）

UNITS=10000，10000

SPEED=100，100

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

SRAMP=100，100

DPOS=0，0

MPOS=0，0

TRIGGER ‘自动触发示波器

’五角星轨迹

MOVEABS（1.4695， 1.0676）

MOVEABS（2.9389， 0.0000）

MOVEABS（2.3776， 1.7275）

MOVEABS（3.8471， 2.7951）

MOVEABS（2.0307， 2.7951）

MOVEABS（1.4695， 4.5225）

MOVEABS（0.9082， 2.7951）

MOVEABS（-0.9082， 2.7951）

MOVEABS（0.5613， 1.7275）

MOVEABS（0.0000， 0.0000）

END

示波器采样运动随时间变化的波形：

示波器采样两轴插补轨迹：

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