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1、以完全同步运行方式控制协同轴的好处 覃华雄 随着自动化程度的要求不断提高，越来越多的设备开始使用伺服电机作为高速高精度执行元件，在电机轴数增加的同时，对于控制器的要求也 在逐步变化，传统的以PTO(脉冲序列输出)方式控制伺服的方式在应对多轴控制时劣势也逐步显现，即便可以通过增加更多脉冲输出模块的方式扩展系统规模，但是在整机性能上基于总线的运动控制系统将尽显优势，在这里我们暂且撇开省安装布线、省模块、易扩展等明显好处不谈，单就控制方式而言，其灵活性和效率就已远胜PTO。而且就是在传统上认为各轴间没有主从跟随、插补等同步关系，仅存在顺序动作要求的设备上，引入完全同步控制方式，同样可以取得明显成效，
2、下面我们就结合一些实际应用来了解一下。 在深入细节之前我们首先要了解两个基础概念： 同步轴 & 协同轴 同步轴 同步轴是指与运动任务相连的轴，设定点(通常是位置) 通过报文机制在每个运动总线任务被周期性发送(位置环在运动控制器完成)； 此功能是强制性的跟随轴(电子齿轮或电子凸轮,G代码)， 协同轴也可用此机制管理(会增加系统负荷)； 协同轴 协同轴无需与运动任务同步，一个运动命令(最终位置)被发送到驱动器，轨迹内插由驱动器完成(位置环在伺服驱动器内完成)； 此功能一般用于单轴运动(或多轴独立运行)，可减少控制器及总线的负荷.就施耐德的解决方案而言，我们多会选用基于M241/251(by CAN
3、open总线)控制器的系统来处理非同步多协同轴的任务。该方案虽然在一定程度上具有控制器成本优势，但由于CANopen总线带宽及响应周期的不足，很多用户会反映系统整体速度较低，进而影响整机效率；即便是采用双CAN口的LMC058或是多个M241分担总线载荷，仍然难以满足客户要求；若改用by sercos III总线的系统虽然在性能上可以满足要求，但是在系统成本以及电机安装尺寸方面也存在诸多限制。如何让我们基于总线的运动控制系统充分发挥优势，通过整体性能压制对手，打开纯价格竞争的尴尬局面，将在接下来展开说明。 以弹簧机为例，下图表明了其各轴的典型运动轨迹及各轴间的动作顺序要求；可以看到虽然系统轴数
4、不少，但并没有两轴间的轨迹同步要求，只是在上一工序轴动作就绪后才会紧跟着下一工序轴的动作，各工序都按部就班的首尾衔接，一个完整循环即可产出一个成品. 为确保间动作不会发生冲突造成机械或成品损坏，后序轴必须要等前序轴到达规定位置后才能动作，两者间实际位置需保持安全区间，对于PTO控制方式的系统而言，传统上有两种方式来获得确保其安全动作顺序： 传统方法一: 通过延时顺序执行 传统方法二: 通过定位完成信号顺序执 从图中可以看出，以上两种方法在两轴的动作衔接上，除了要等待前序轴的定位完全结束，而且还要耗费一定的等待间隔时间，当生产工序较多时每一歩的衔接耗时就会像滚雪球般累积，最终影响整机的生产效率。
5、 PTO控制方式对于控制器而言在本质上属于半闭环控制，控制器只管按照预设频率/数量发送脉冲，对于电机电脑最终行走位置并不知晓，只能通过延时假定伺服驱动器”应该”已经完成定位或是通过接收驱动器反馈的”定位完成信号”来加以判断，但如果再考虑到脉冲信号传输过程中可能受到的干扰问题，实际上电机的实际位置与控制器内的计算结果亦可能存在超范围误差，所以在许多设备上还要增加传感器用以准确检测实际到达位置，无形中又增加了更多的成本和故障隐患。 基于总线控制的最大好处就是不仅控制器发送给驱动器的命令是以数字信号形式传输，同时驱动器也会将各种实际状态信息(位置/速度/电流等)及时反馈到控制器中，以便控制器据此进行
6、相应的控制策略调整。这就意味着在总线周期够短的情况下，控制器可以准确的获知各轴的当前实际位置，而不需要再”等待”延时时间片段过去或是定位完成信号回馈。反映到设备实际动作上，就意味着切断轴不需要等到送线轴完全停稳之后才能动作，而是在送线轴”即将到位”时即可提前启动进入预定位置，等待送线轴前行到位(送线长度达到预设值)且电机速度达到或接近零速时即可继续向下动作完成切断；而在切断完成切刀上抬至非干涉区域后(不需要进入到停刀位置)，送线轴即可开始下一循环的送线动作，这样一来动作衔接时间即可大为缩短，同时动作流畅度也大为提高(各轴速度自动根据主轴速度统一调整，不会出现长时间的”等待(待机)”假象)。 完
7、全同步方法: 按照各轴实际位置确定执行顺序 更为重要的是，因为各轴动作均按照实际位置准确衔接，因此不管主轴速度如何变化，相关各轴均能正确执行动作，绕开了不同负载条件下各轴响应特性差异的问题，确保成品质量不受整机速度影响： 概括起来，以完全同步运行方式控制协同轴的好处就是追踪指令使指令执行没有延迟和使各个轴之间没有偏差。 进而达成以下目的： 伺服电机位置偏差最小化, 缩短定位整定时间，系统动作时间的统一化。 以上所列举的弹簧机只是一个协同轴同步运行应用的范例，实际上我们已经在诸如剥线/端子压着机、电子装配线(打孔、插针、贴片)等诸多设备上取得了相较于原PTO控制方式更高效率更高质量的成功案例。知其妙、用其效，用我们的解决方案为用户创造更多价值，我们就是”机器自动化最佳合作伙伴”！
