週期同步位置模式(CSP)，輪廓位置模式(PPM)，位置模式(PM)

什麼是運動控制？

　　運動控制就是經過機械傳動裝置對運動部件的位置、速度進行實時的控制管理，使運動部件按照預期的軌跡和規定的運動參數（如速度、加速度參數等）完成相應的動做。

運動控制系統的典型構成

　　1. 開環系統（電機：步進電機；驅動器：脈衝分配，電流放大）

 

　　2. 半閉環系統（電機：直流伺服電機、交流伺服電機；驅動器：電流放大，位置反饋控制）

 

 

　　3. 半閉環系統（直流伺服電機、交流伺服電機；驅動器：速度反饋控制，電流放大；運動控制器：運動規劃，速度指令，位置反饋取自電機軸）

 

　　4. 全閉環系統（驅動器：速度反饋控制，電流放大；運動控制器：運動規劃，速度指令，位置反饋取自負載）

 

 　　全閉環伺服系統能夠消除機械傳動帶來的偏差，而半閉環系統只能補償部分偏差，所以，半閉環伺服系統的精度比全閉環伺服系統的精度要低一些。因爲採用了位置檢測裝置，因此全閉環系統的位置精度在其餘因素肯定了以後，主要取決於檢測裝置的分辨率和精度。

 　　注意半閉環系統2與3的區別。驅動器若是工做在位置模式，運動控制器（運動控制卡、PLC...）就只作位置軌跡的規劃（Trajectory generator），每一個通訊週期發送目標位置到驅動器。驅動器接收到設定位置後，與當前位置比較，並依據控制器-驅動器通訊週期與驅動器位置環週期進行線性或者非線性插值，將插值做爲每一個位置環週期的「設定位置」。

　　舉個例子，假設驅動器位置環週期是125us，控制器和驅動器通訊週期爲 2ms，當前位置爲 0，目標位置爲 1mm，那麼接下來 16 個週期驅動器位置環的「設定位置」就依次爲：0.0625mm，0.125mm， 0.1875mm， 0.25mm，……1mm. 若是沒有插值，那麼接下來驅動器的第 1 個週期的設定位置就是 1mm，驅動器在第 125us時，位置爲 1mm，在 2-16 個週期，設定位置維持不變，至關於電機中止，直到第 2ms，接收到新的「給定位置」。因爲間隔僅爲 2ms，電機並不會真的中止，而是表現爲頓挫感，轉動不流暢，不連貫。 

　　驅動器若是工做在速度模式，那麼控制器就不只作位置曲線的規劃，還要完成位置環的調節。此時NC週期與位置環週期相等，沒必要插值。伺服驅動器的位置環被忽略，其速度環直接接受上層給出的「設定速度。

 

 驅動器工做模式（Modes of operation）

　　 CANopen DSP 402協議中對象字典6060_h 處定義了驅動器的工做模式：

　　不一樣的驅動器支持的工做模式有所不一樣。好比下圖左邊是MAXON的EPOS2驅動器支持的模式，右邊是MAXPOS驅動器支持的工做模式（能夠看出它們都遵循了CANopen 402標準）：

 

 

 

 　　

　　從上面的這些表中能夠看出關於位置控制主要有三種模式：週期同步位置模式(CSP)，輪廓位置模式(PPM)，位置模式(PM)。

　　1. 輪廓位置模式(Profile Position Mode)
　　Speed, position and acceleration can be limited, profiled moves using a Trajectory Generator can be executed. The trajectory generator supplies the control loop(s) with the demand values.  

　　輪廓位置模式下，驅動器接收主站發送來的目標位置指令，在驅動器內部根據速度、加速度規劃參數設置進行軌跡規劃。例如：應用程序要求伺服軸以設定的速度、加速度運動到某個目標位置，驅動器接到這個指令後，在內部的軌跡生成器中計算出每個NC週期（好比：1ms）伺服軸應該到達的位置，而後發送給位置環去執行。 

　　2. 位置模式(Position Mode)
　　Position demand value can be set directly. The Position Mode allows positioning without profile, i.e. the target position is set immediately as a new set value for the position control loop.  The Position Mode is a useful operating mode for a situation wherethe axis acts as a slave axis commanded by progressive positions set values without large jumps. Hence, the path generator is not needed. An example for a progressive set value is an analog set value voltage. 

　　Special operating modes without path generation are Master Encoder Mode where the slave axis follows the signal pulses from an external encoder (e.g. that of a master axis) or Step Direction Mode, where each pulse command from a stepper motor drive corresponds to a small rotating angle. Alternative operating modes allow running the motion controller without receiving on-line commands. Instead, analog voltage signals or signal pulses are used as command values. These incoming signals are converted to set values that are directly fed into the corresponding control loop without a profile or trajectory being generated. 

 　　

　　3. 週期同步位置模式(Cyclic synchronous position mode) ，與輪廓位置模式(Profile Position Mode )不一樣，其軌跡發生器位於控制器端，而非驅動器內。在該模式下，控制器只須要週期性的下發目標位置便可（與位置插補模式的原理相相似），並且能夠設置附加的速度前饋(Velocity offset)或轉矩前饋(Torque offset)：

 　　即輪廓位置模式的Trajectory Generator在驅動器內，週期同步位置模式的Trajectory Generator在控制器內，而位置模式（Position Mode）、電子手輪模式（Master Encoder Mode）、脈衝/方向模式（Step Direction Mode）則不須要軌跡生成器。

 

 

參考：

固高運動控制技術基礎

英威騰SV-DA100交流伺服驅動器EtherCAT技術指南_V1.00

Motion Control for Newbies, featuring maxon EPOS2 P  p46

The Position-based Type II On-Line Trajectory Generation Algorithm

V-rep學習筆記：Reflexxes Motion Library 1

V-rep學習筆記：Reflexxes Motion Library 3

DS402幾種位置模式的區別

CiA DSP 402標準