導讀

想深入了解ZMC600E運動控制器的速度規(guī)劃嗎？T型線性加減速簡潔高效，S型過渡自然減震，避免沖擊。通過合理的規(guī)劃選擇，可有效提升設(shè)備精度、效率與性能。深入探索其核心，為工業(yè)自動化設(shè)備的控制賦能。

ZMC600E是廣州致遠電子股份有限公司開發(fā)的最新一代高性能智能總線型控制器，是面向工廠智能化時代的機器人控制器。ZMC600E采用多核異構(gòu)應(yīng)用處理器為核心，其內(nèi)核包括2個64位的ArmCortex-A53核，主頻1.0GHz；4個Cortex-R5F內(nèi)核，主頻800MHz。同時板載1GB DDR4、4GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC600E EtherCAT主站控制器為了滿足不同的自動化應(yīng)用需求，在硬件接口上面，精心設(shè)計了1路EtherCAT主站接口，ms 周期任務(wù)抖動±5μs 以內(nèi)；3 路以太網(wǎng)接口，其中1路是千兆網(wǎng)口；2路RS485；2路CAN；32個用戶I/O，其中16路DI，16路DO，輸入支持最多2路正交編碼或兩路脈沖計數(shù)；1個USB3.0接口；支持TF卡；系統(tǒng)電源采用高穩(wěn)定隔離電源，支持掉電檢測；提供多種程序加密手段，保護用戶應(yīng)用軟件知識產(chǎn)權(quán)。

ZMC600E 示意圖及接口圖如下所示：

圖1 產(chǎn)品示意圖

圖2 ZMC600E接口圖

ZMC600E EtherCAT主站控制器為設(shè)備制造商提供多軸數(shù)、多IO點數(shù)控制的新一代可靠智能的運動控制解決方案，提供T型、S型速度規(guī)劃算法，可以廣泛應(yīng)用于注塑行業(yè)、沖壓行業(yè)、車床行業(yè)、搬運碼垛、關(guān)節(jié)機器人、噴涂、玻璃機、壓鑄機、包裝設(shè)備、3C設(shè)備、鋰電池設(shè)備、紡織、流水線工作站、非標自動化裝備、特種機床等高端設(shè)備應(yīng)用。

?速度規(guī)劃的概念

速度規(guī)劃這里特指，在已知運動的起點和終點和完整路徑的情況下，基于給定的時間約束, 最大速度約束和最大加速度減速度約束的條件，設(shè)計運動的速度隨時間的曲線。速度規(guī)劃是運動控制領(lǐng)域中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心目的是為機械設(shè)備或機器人在運動路徑上設(shè)計合適的速度曲線，以確保整個運動過程的平滑性、效率、安全性和舒適性。合理的速度規(guī)劃能夠有效提升設(shè)備的運行效率、精度和穩(wěn)定性，同時減少能耗和機械磨損。因此，在自動化系統(tǒng)中，速度規(guī)劃是提高性能和可靠性的核心技術(shù)之一。常用的速度規(guī)劃主要為T型和S型速度規(guī)劃算法。
?T型規(guī)劃

T型規(guī)劃，也稱為梯形速度規(guī)劃，是工業(yè)界最廣泛采用的形式，它是一種時間最優(yōu)的簡單速度規(guī)劃方法。它通常包括三個階段：加速、勻速和減速。在加速階段，速度從零逐漸增加到設(shè)定的最大速度；在勻速階段，速度保持恒定；在減速階段，速度逐漸減小到零。

T型速度規(guī)劃圖示如下：

圖3 T型速度規(guī)劃曲線

T型速度規(guī)劃問題可以定義為：已知路程S，初始速度V0，結(jié)束速度Vn，限制條件最大速度Vmax，最大加速度Accmax，最大減速度Decmax。被控對象從A點運動到B點，要求生成的速度軌跡在這些條件下時間最優(yōu)。

從圖3可以明顯看出，T 型規(guī)劃的加速度表現(xiàn)出不連續(xù)性。具體而言，在加速階段與勻速階段以及減速階段與勻速階段的銜接處，存在著較為顯著的突變情況。這種突變會對執(zhí)行器產(chǎn)生沖擊，影響舒適性。T 型規(guī)劃適用于機械加工快速定位及對響應(yīng)速度要求高、舒適性要求低的工業(yè)自動化領(lǐng)域。

?S型規(guī)劃

S型規(guī)劃，也稱為S曲線速度規(guī)劃，是一種平滑的速度規(guī)劃方法。S型規(guī)劃通常包括7個階段：加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速、減減速。這種規(guī)劃方法可以減少機器的振動和噪音，提高運動的平滑性。

S型速度規(guī)劃圖示如下：

圖4 S型速度規(guī)劃曲線

S型速度規(guī)劃問題可以定義為：已知路程S，初始速度V0、結(jié)束速度Vn、以及限制條件最大速度Vmax，最大加速度Accmax，最大減速度Decmax、最大加加速度Jerkmax。被控對象從起點A移動到終點B，要求生成的速度軌跡在滿足上述約束條件下時間最優(yōu)。

與T 型速度規(guī)劃不同，S 型速度規(guī)劃在加速和減速階段不僅考慮加速度的限制，還引入了加加速度（jerk）的限制。這使得速度曲線在加速和減速時呈現(xiàn)平滑的 S 型曲線，避免突然的加速度變化，從而減少沖擊，提高運動的平穩(wěn)性。因此，S 型速度規(guī)劃通常用于對平滑度要求較高的運動控制場景，如機器人、數(shù)控機床等應(yīng)用中。

?速度規(guī)劃API

ZMC600E 運動控制器提供了T型和S型運動控制 API 接口，方便用戶進行速度規(guī)劃的設(shè)置和調(diào)整。

創(chuàng)建T型速度規(guī)劃

創(chuàng)建S型速度規(guī)劃

刪除速度規(guī)劃的句柄

配置速度規(guī)劃限制參數(shù)

設(shè)置速度規(guī)劃

獲取執(zhí)行速度規(guī)劃的所需的總時間

獲取某個時間點的規(guī)劃信息

?示例

從A點到B點路程共50m，從起點開始運動，起始和結(jié)束速度為0，最大速度5m/s，最大加速度2m/s2，最大減速度2m/s2，分別使用T型和S型速度規(guī)劃，使用S型時最大加加速度4m/s3。
代碼如下：

#include #include #include #include "velocity.h"
int main(int argc, char *argv[]){ if (argc != 2) { printf( "Usage: ./velocity_test 0/1\n"); return -1; } velocity_handle handle = NULL; if(strcmp(argv[1], "0") == 0) { handle = velocity_new_t(); velocity_set_config(handle, 5, 2, 2, 0); } else if(strcmp(argv[1], "1") == 0) { handle = velocity_new_s(); velocity_set_config(handle, 5, 2, 2, 4); } else { printf( "Usage: ./velocity_test 0/1\n"); return -1; } velocity_set_plan(handle, 50, 0, 0);
double time = velocity_get_plan_time(handle);
for(double t = 0; t < time; t+=0.001) ?{ ? ?double pos = 0, vel = 0, acc = 0; ? ?velocity_get_plan_slice(handle, t, &pos, &vel, &acc); ? ?printf("pos:%f, vel:%f, acc:%f\n", pos, vel, acc); ?}
velocity_delete(handle);
return 0;}

執(zhí)行結(jié)果如圖下圖所示。

圖5 T型速度規(guī)劃示例

圖6 S型速度規(guī)劃示例

ZMC600E 運動控制器提供T型和S型速度規(guī)劃算法可以滿足不同應(yīng)用場景下的速度控制需求。深入掌握速度規(guī)劃技術(shù)，將有助于提高設(shè)備的控制精度和效率，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更大的價值。