基于三菱运动控制系统生成丝滑无比的凸轮曲线（上）

显示全部楼层 · 2024-12-14 09:07:56

本帖最后由海亿技术于 2024-12-14 09:35 编辑

随着甲方对设备速度，机械寿命，系统稳定性等有了更高的要求，而传统的梯形加减速，七段S型曲线等在高速运动的过程中经常出现冲击电流等问题，对机械损耗也较大，所以乙方很有必要对控制算法进行一番研究。

本研究基于三菱简单运动模块RD77MS16（同样适用于LD77MS/QD77MS/FX-40SSC-S/FX-80SSC-S），该模块内置有12种凸轮特性曲线可供选择，此次选择常用的恒加速度（梯形加减速），单弦（正弦/S曲线加减速）和5次曲线进行实验。

1效果展示

先来看下不同曲线下动作效果图。1.1线性匀速运行效果全程速度不变；

1.2恒加速度运动效果恒加速度（梯形加减速）的缓动前半段从0开始加速，后半段减速到0的缓动；

1.3单弦运动效果单弦（正弦/S曲线加减速）的缓动前半段从0开始加速，后半段减速到0的缓动；

1.45次运动效果5次曲线的缓动前半段从0开始加速，后半段减速到0的缓动。

2曲线特性

机械运动中，速度和加速度曲线的不平滑对电机和机械机构会产生冲击，电机最大输出电流增大，高速下的系统稳定性变弱，加加速度的不连续性又会加大对机械的磨损速度，所以符合速度和加速度的连续性和平滑性的曲线才是我们所需要的。接下来我们设计一条往复运动（运动轨迹如下），从0开始加速的凸轮曲线，分解其在不同加减速效果下，分析其位移/速度/加速度随时间的变化。

2.1加速度曲线特性常用的梯形加减速位移，速度，加速度随时间变化关系如下，可以看出速度呈连续性变化而加速度的变化不是连续的，加速度在0，π/2，3π/2处发生突变，说明有明显的“冲击”现象，在实际应用中会减少凸轮寿命和影响机构正常运作；

2.2单弦曲线特性S曲线加减速位移，速度，加速度随时间变化关系如下，其速度和加速度相比梯形变化更加柔和，但在启动和停止时加速度并不为0，还是存在冲击现象；

2.35次曲线特性5次曲线位移，速度，加速度随时间变化关系如下，可以看出整个过程的加速度和加加速度不仅连续而且其本身也是多项式函数，曲线各点实现了平滑性过度。

对比S型的速度曲线和5次的速度曲线，可以看出5次在启动和停止阶段更为柔和，可能是我们所需要的丝滑的曲线。

3程序调试

通过简单运动简单运动模块分别生成对应的凸轮曲线，然后测试不用凸轮曲线下伺服电机的电流变化，来验证五次曲线的合理性。

未完待续...

4源码分享

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