电子凸轮教案

电子凸轮

一：机械凸轮

二：电子凸轮

电子凸轮（Electronic CAM），是模拟机械凸轮的一种智能控制器。它通过编码器将位置信息反馈给CPU，CPU进行运算处理，并在指定位置将进行输出。

电子凸轮主要有两种形式，一种是轨迹—轨迹式凸轮(path--path)，它是在凸轮程序中为每一个凸轮设置一个轨迹起点和轨迹终点，当实际位置(角度或者位移)到达轨迹起点时凸轮被置位；而当实际位置到达轨迹终点时凸轮被复位。对于此类凸轮，可得到两轴之间的非线性电子同步比，从轴位置可与使用凸轮轮廓的主轴同步。另一种是轨迹—时间式凸轮(path--time)，它是在凸轮程序中为每个凸轮位置设置一个轨迹的起点和持续时间，当实际位置到达轨迹起点时凸轮被置位，然后经过预设的持续时间之后凸轮被复位。对于此类凸轮，可得到不同于梯形或者S形的运动轮廓。下面主要介绍的是第一种凸轮。

如下图(a)所示，在凸轮的凸起部分安装一个行程开关X1，在凸轮顺时针匀速旋转时，X1的常开触点就会形成如图(b)所示的输出开关动作时序。把使X1开始动作的点（图中a点）称为上升点，它对应于输出脉冲的上升沿，把对应于使X1复位的点（图中b点）称为下降点，它对应于输出脉冲的下降沿。凸轮旋转一周，其输出的脉冲宽度和凸轮的凸起部分对应的角度有关，而输出脉冲的位置与其上升点的位置相关。注意：在凸轮上可以有一个凸面，也可以有多个凸面，多个凸面就会在不同的时间段形成多个脉冲时序的输出。

电子凸轮的输出是以DOG为单位进行设置。一个DOG分为DOG WIDTH和DOG INTERVAL两部分，DOGWIDTH相当于机械凸轮中开关被压下并保持的时间或角度范围，需设置一个起始角度（Start position）ON（比如0°）和一个终止角度（End position）OFF（比如30°）。相应的DOG INTERVAL就是相当于开关松开的角度范围。对于一个凸轮来讲，可以有多个DOG，通常只需设置DOG WIDTH，而DOG Interval就是在两个DOG WIDTH中间的角度范围，不再需另外设置。

一般可以设定的DOG数和SENSOR的转速有关，转速越高，可以设定的DOG就越少，相反转速越低，可设定DOG数就越多。通过设定各个DOG参数，可以实现各个轴之间的协作运动（比如：同步和联动）。

凸轮信息的输出有两种方式：PIO和SIO。PIO也就是并行输出， SIO也就是串行输出，其输出信息的内容与PIO相同，只是接口形式不同而已，比较适合慢速系统使用。

位置和速度信息的输出编码形式主要是BCD码、Gray码等。

用伺服电机实现电子凸轮功能分两种情况（伺服控制最好采用 运转+方向 控制方式）

第一种：不在跟随情况下（没有辅助编码器或者说伺服电机不跟随辅助编码器运转，用控制器直接控制伺服） 。这种情况相对来说比较简单，可以通过周期给伺服驱动器发送命令使伺服电机运行各种曲线，在控制系统中定义一个定时器，再根据不同的曲线计算出凸轮表，凸轮表中的数据是每次定时器中断填充计时值，这样在中断时发送一次命令，同时根据内部计数索引在凸轮表中取出定时值修改定时器。这里的关键是如何产生凸轮表，建立虚拟主轴。同时不要忘记在掉电时记录凸轮表索引。

第二种： 在跟随情况下（有辅助编码器，主轴跟随从轴运转） 。这种情况相对上面的来说较复杂一点，主要思路就是，根据你的曲线产生凸轮表，你的控制系统收到从轴编码器信号后通过硬件或软件方法判断正反转，再根据内部计数通过查凸轮表得出这一次脉冲命令对应要向伺服控制器发送多少个脉冲命令。当你的从轴匀速运动时与第一种情况几乎一样，但当从轴在变速运动时就会出现伺服电机噪声过大，发热严重问题。可以通过调整伺服驱动器参数优化。当然也可以用线数高的编码器，同时在程序上倍频。同时不要忘记在掉电时记录凸轮表索引，或者用绝对编码器（更好）。

注意事项：

一、在扭矩功率合适下一定要注意惯量问题，在机械惯量小的情况下尽量选择小惯量的伺服电机，这样你的凸轮速度可以做的高一点，当然在机械惯量大的情况下需保证 伺服电机惯量 * 3 >= 机械惯量 ，不过建议机械惯量要小于 2 倍的伺服电机的惯量。

二、使用凸轮时伺服驱动器最好用外部回生电阻，小阻值大功率的那种。具体可以根据伺服手册上的公式计算出来。在大惯量3KW伺服电机带动其3倍惯量的机械以正弦曲线运动时可以跑到600rpm。

三、实现凸轮如何生成凸轮表尤为关键，一个好的凸轮表可以降低伺服电机在运作时的噪声。

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