高柔SS加减速曲线在锂电池焊接中的应用_运动控制器_正运动技术

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高柔SS加减速曲线在锂电池焊接中的应用

深圳市正运动技术有限公司

2023/5/5 15:48:36

ZMC432功能简介

ZMC432 是正运动推出的一款多轴高性能EtherCAT总线运动控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盘等通讯接口， ZMC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。

ZMC432最多可支持32轴运动控制，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随等功能。

ZMC432支持PLC、Basic、HMI组态三种编程方式。PC上位机API编程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

ZMC432内置高精度PSO位置同步输出功能，在加工圆角与曲线时即使进行有减速调整，在高速加工的场合中也能控制激光输出的等间距输出。

实现PSO硬件比较输出功能的命令主要有HW_PSWITCH2、MOVE_HWPSWITCH、HW_TIMER等。

例如在做锂电池焊接的圆角加工时，在减速的同时能保证输出间距恒定，同时结合SS曲线加工工艺增大了工艺柔性。既保证了加工效果，减少机械抖动，也最大限度地提高产能。

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轴速度曲线

常见运动曲线分为梯形速度曲线和S形速度曲线两种。在此基础上，正运动还推出了另一种速度曲线：SS速度曲线。

下文将主要介绍三种常见的速度曲线！

1.梯形速度曲线

梯形曲线又名T形曲线，用于表达速度与时间的关系，梯形速度曲线图可见下图。由图可知，标准的梯形速度曲线有3个阶段，分别为匀加速、匀速、匀减速阶段。

因此在进行插补运动时，可在轴参数初始化时，直接采用Basic指令对轴进行速度参数设置（SPEED速度、ACCEL加速度、DECEL减速度）。

由于梯形速度曲线在运动控制中的规划是最快的，同时也是最简单的，因此梯形曲线在工业控制领域应用中最为广泛。

但梯形曲线也存在缺点，梯形速度不够平滑，在速度曲线的转角加速度不连续，在实际插补运动中容易导致机器抖动等现象，或易对机台造成冲击等。

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2.S形速度曲线

S形速度曲线同样用于表达速度与时间的关系。但与梯形曲线的区别在于对梯形曲线的加速和减速阶段进行平滑，平滑后曲线形状如字母S。S形速度曲线如下图所示。

正运动Basic语言提供了专门的SRAMP指令实现。在实际运动应用中，通过SRAMP指令进行对应的值设置，可使运动中的速度曲线更加平滑，从而减少对控制过程中的冲击，并使插补过程具有柔性。

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SRAMP指令使用语法： VAR1 = SRAMP ， SRAMP = smoothms。

smoothms：毫秒单位，设置后加减速过程会延长相应的时间，可设的时间长短和加减速实际延长时间与distance、speed、accel均有关。

3.SS速度曲线

SS速度曲线又名加加速度曲线，用于表达加速度与时间的关系。加加速度是描述加速度变化快慢的物理量，即加速度的变化率。

正运动Basic语言中提供了 VP_MODE 指令的模式6和7可实现SS曲线（下文将详细讲解 VP_MODE 指令），即对加速度的加速和减速阶段进行平滑，如下图所示。

对加加速度进行平滑后，在一些高精度运动的工业应用场合中，可降低机构因加速度变化率太快而导致的冲击过大和抖动现象。

例如常见的锂电池焊接加工行业，在对动力电池顶盖进行轨迹焊接时，在每个拐角处走倒角的时候，对其应用SS曲线，则可有效增大其柔性，降低机台抖动和冲击，使得焊接过程更加平稳且连续。

速度曲线理论分析

梯形速度曲线只有匀加速、匀速和匀减速三个阶段。而S形曲线由于对加减速阶段进行了平滑，因此可分为7个阶段，如下图，S曲线的作用范围是T1、T3、T5、T7；SS曲线的作用范围也相同，区别在于SS曲线的加速度变化更为平缓。

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VP_MODE指令说明及使用例程

1.指令详解

通过VP_MODE指令可实现对加减速曲线类型进行设置，有多个模式可选择，可设置S形曲线、SS曲线，使得梯形曲线更加平滑。该指令一般用于轴参数初始化程序中，可与SRAMP指令同时使用，当VP_MODE为模式0时，以SRAMP设置的值生效。

mode：模式选择

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2.使用例程

以下例程均可通过ZMC432控制器实现，连接架构图如下所示：

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（1）VP_MODE设置为模式0，以单轴运动为例。

当SRAMP=50时，速度和加速度的曲线如下图所示，分别在加速和减速阶段都进行了平滑，而运动时间也会相应地延长。可与SRAMP=0时的曲线图进行对比。

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当SRAMP=0时，速度和加速度的曲线如下图所示：

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（2）VP_MODE设置为模式4，以多轴直线插补运动为例。

上述配置下，轴0采用VP_MODE模式4，起步以最高加速度开始运动并递减至0。该模式适用于需要快速启停的场合。

注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。 VP_ACCEL数据源需通过手动输入，采集S曲线和SS曲线下的加速度值的变化。

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（3）VP_MODE设置为模式6，以多轴直线插补运动为例。

当VP_MODE设置为模式6时，只对减速阶段进行平滑。当加速阶段没有设置S或SS曲线时，则加速度上电瞬间便达到最大值，以设定的加速度运动。当减速阶段设置了SS曲线，由下图可知，对加速度曲线进行了平滑减速，使得运动在减速阶段过渡更为自然平滑。

该模式适用于连续插补场合，保证运动平稳的条件下，提高效率。

注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。

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（4）VP_MODE设置为模式7，以锂电池行业的跑道轨迹加工运动为例。

VP_MODE设置为模式7，对SS曲线进行平滑后的图像如下，可与下图的VP_ACCEL加速度曲线（浅蓝色线条）进行对比。适用于运动抖动较大的场合。

注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。

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XY模式下轴0和轴1的插补轨迹：

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（5）以下是未设置SS曲线的速度曲线图。

由示波器采样图形可知，当前按S曲线运动。

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由此可以对比得出VP_MODE=7，轴0，轴1的SS加减速的速度曲线更柔和。

（6）视频讲解。

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