菜鸟学四轴控制器之1:插补是啥东西

Posted 2020-08-22 guitronic

之前看过运动控制芯片的手册，包括了NOVA的MCX314和PCL6045等，知道插补的概念。

但是插补到底是啥玩意，其实一直是有点疑惑的，然后就傻乎乎的去问一些专家，他们的说法是:

插补可以同时多轴输出，速度很快。然后就不知道问啥了。

基于我之前做步进电机的经验，以及测试步进电机驱动器的经验，我一般情况下都是通过单片机发一个固定脉冲来测试驱动器的性能。如果需要测试电机各种速度下的力矩特性，最多采用了S加减速曲线，在我看来，要画一个直线，那太简单了，直接X轴和Y轴同时给不同速度的脉冲不就OK了么？

要画圆形和各种曲线，也很类似啊，为什么要加入插补这个概念？

后来在某度上查插补的概念，知道插补算法是一个数据密化的过程。

所以说，是的，我是一只超级菜鸟，因为:

1、对数控的理论和多轴控制器的理论，基本就是听说过。

2、我电子信息专业毕业，毕业多年一直做的是步进驱动器这块的硬件设计。

基于步进驱动器已经没有多少利润，以及公司的发展需要，我打算从菜鸟开始，学习一下控制器的理论，希望自己能争取到一年左右的时间，设计一款完整的，用于四轴控制雕刻机的控制器。

虽然很菜，但是还是零星的有一点资源：

1、虽然控制器了解不深，但是步进驱动器的市场和技术都有一定的了解。

2、有不少客户和朋友，都能用得上这样的控制器，如果将成本做下来，低端也有低端的市场，做到哪一步算哪一步，一步一挪往上拱。

是为我目前的状态。

趁周末的时间，我一头扎进了湖南大学的旧书馆，花了两小时的时间，淘到了两本书：

《机床数控技术及应用》：主要有两章的内容，目前看来很重要：

1、数控机床的控制原理

2、数控机床的伺服驱动系统

其中第二部分的内容，各种电机都有了解，尤其是步进和伺服比较熟悉，看看里面需要补充哪些理论知识。

插补到底是啥东西？

插补是数控系统的核心！！！而我以前一直都没重视！

插补有很多的算法，主要可以关注基准脉冲插补算法和数据采样插补算法：

1、基准脉冲插补：

用于步进等中等精度的开环数控系统。

用于步进：最少我现在想要研究的就是基于步进的低端雕刻机。

中等精度：嗯嗯，高精度的我也没有太关注，应该用到伺服才算是高精度吧。

开环数控系统：嗯嗯，这种2000元左右的控制器，应该是开环的数控系统吧。

输出方式：脉冲方式，步进电机和低端的伺服都是用这种方式来控制，雕刻机就是用这种方式吧，还有，MCX314就是这种简单的基准脉冲插补方式么？

基准脉冲插补也用到数据采样进行精插补。

基准脉冲插补的两种主要算法：

1、逐点比较法

2、数字积分法

还有别的啥比较积分，数字脉冲乘法器啥的，书上说用的少。

问题来了，MCX314和PCL6045用的是基准脉冲插补里面的逐点比较法么？

2、数据采样插补：

输出的不是脉冲，而是二进制的数据。

这样应该主要用于网口或者CAN总线等方式的控制吧。

数据采样插补有两个过程，一个是粗插补，一个是精插补，粗插补的过程中，将要加工的长度L分成T个周期进行加工，L=FT，分成小线段后，再数据密化，进行精插补。

插补的周期要长一点，包括插补运算和控制器的其他实时操作任务，比如显示。

日本FANUC的插补周期为8ms，其中采样周期为4ms，现在很多厂家做到了1ms以内。

圆弧插补时，割线精度更好，但是计算比较负载，应用比较少，所以更多的直接用弦线。

交流/直流的闭环/半闭环通常用到了这种方法，应该要采样具体运动的位置，所以计算也复杂一些，所以速度要更慢。

数据采样插补主要的算法包括直线函数法和扩展数字积分法。

四轴雕刻机用到开环的系统，应该不会用到这种数据采样插补的算法。