技术摘要：
本发明提出了一种基于PLC的提高二维圆弧插补轨迹精度的实现方法，包括：对PLC程序中的圆弧指令进行解析，计算圆弧半径和圆弧起始、目标点所在半径轴线的向量角，计算运行轨迹的圆弧长度；计算每个插补周期在轮廓上移动的距离及当前插补点的速度，得到当前圆弧插补段的  全部
背景技术：
在工业控制等场合大量使用的传统PLC一般基于嵌入式处理器，具有低成本、低功 耗、使用方便、性能可靠等优点。现在的中小型PLC普遍都具有高速脉冲输出口，输出频率可 以达到500KHz，因此可以用高速脉冲口来控制步进、伺服电机，实现设备所需要的位置或者 速度的精确控制。 目前PLC运动控制以脉冲型为主，一般只具备单轴的运动功能，较少部分PLC支持 两轴的直线、圆弧插补功能，但是普遍存在圆弧插补性能不高，只能用于对精度要求不高的 应用场合。 运动控制PLC经常使用的平面圆弧插补方法有以下几种： 第一种逐点比较法，其优点是运算简单，轨迹精度较高，缺点是无法实现速度曲线 的规划，并且对于没有FPGA的PLC来说，完全依靠MCU的软件运算来产生脉冲，插补速度无法 提上去。 第二种是DDA插补方法，这种方法易于实现多坐标联动，较容易实现二次曲线插 补，其缺点是无法实现曲线的速度规划，并且在累加过程中固定的时钟频率，各轴进给脉冲 的频率在相邻直线段衔接处会导致速度的突变。 第三种是基于时间分割的插补算法，采用粗、精二级插补，粗插补用直线逼近曲 线、精插补用FPAG将两轴脉冲在一个插补周期时间内均匀发送出去，对于FPGA来说，其控制 两轴发送的精插补段为直线，因此圆弧的轨迹精度随着速度的提高会明显下降。 第四种方法是采用扩展DDA插补方法，先在圆弧轨迹上进行速度规划，粗插补出圆 弧段，将圆弧段的相关信息发给FPGA，在FPGA中采用DDA插补的方式来进行圆弧段的插补， 这种方式优化了DDA法相邻直线段衔接速度突变的问题，并且插补精度也优于第一种方法， 但是其圆弧插补径向误差有可能会大于1个脉冲当量。
技术实现要素：
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。 为此，本发明的目的在于提出一种基于PLC的提高二维圆弧插补轨迹精度的实现 方法。 为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于PLC的提高二维圆弧插补轨迹 精度的实现方法，包括如下步骤： 在PLC控制器中采用嵌入式MCU控制器和FPGA控制器的硬件架构，其中，由所述MCU 控制器执行PLC控制器的运行解释环境，对PLC编程语言所编写的程序解析执行，对圆弧插 补指令进行预处理和插补计算；由FPGA控制器实现插补段的精处理及PLC控制器对外的高 4 CN 111580453 A 说　明　书 2/6 页 速脉冲输出，其中，圆弧插补过程，包括如下步骤： 步骤S1，由所述MCU控制器对PLC程序中的圆弧指令进行解析，获取当前位置坐标、 目标位置坐标和圆心坐标，计算圆弧半径和圆弧起始、目标点所在半径轴线的向量角，计算 运行轨迹的圆弧长度； 步骤S2，由所述MCU控制器根据设定的指令速度Vs、加速度Acc、减速度Dec，计算运 行轨迹中加速段、减速段、匀速段的运行距离、所需时间，并计算每个插补周期在轮廓上移 动的距离及当前插补点的速度，得到当前圆弧插补段的起始点坐标Xi-1,Yi-1和末端点坐标 Xi,Yi； 步骤S3，由所述MCU控制器根据当前圆弧插补段的起始点坐标Xi-1,Yi-1和末端点坐 标Xi,Yi，计算得到各轴的移动增量、移动步数和时钟频率； 步骤S4，由所述MCU控制器在圆弧的圆心建立平行于当前坐标系的圆心坐标系，并 将圆弧插补段的起始点坐标变换到圆弧的圆心坐标系下； 步骤S5，由所述FPGA控制器接收来自所述MCU控制器的圆弧插补段的信息，进行初 始化，计算各轴行进的位置作为圆弧过象限的判断依据； 步骤S6，由所述FPGA控制器在每个时钟周期，执行偏差判别、坐标进给、偏差计算 和终点判别。 进一步，所述MCU控制器和所述FPGA控制器采用并行总线交互信息。 进一步，在所述步骤S2中，所述MCU控制器根据指令速度Vs、加速度Acc、减速度 Dec，按照加减速曲线类型和弧长L，采用如下公式计算运行轨迹中加速段、减速段、匀速段 的运行距离、所需时间： 其中，S为距离，V0为起始速度，Vt为终止速度，a为加速度，t为时间。 进一步，在所述步骤S3中，根据计算得到的移动增量与脉冲当量相除，从而计算得 到各轴的移动步数；然后由插补周期和总步数，计算得到时钟频率。 进一步，在步骤S4中，采用如下方式，将圆弧插补段的起始点坐标变换到圆弧的圆 心坐标系下： 设Xo,Yo为圆弧圆心在当前坐标系下的绝对坐标，Xi-1,Yi-1为圆弧插补段起始点绝 对坐标，则变换矩阵为 通过左乘变换矩阵，将当前坐标系下描述的点转换成圆心坐标系下的坐标。 进一步，在所述步骤S5中，所述FPGA控制器接收的圆弧插补段的信息，包括：半径 R、X轴步数、Y轴步数、时钟频率、插补段起始点坐标 进一步，在步骤S6中，所述FPGA控制器执行偏差判别，包括如下步骤： 根据所处的象限选择对应的公式计算偏差，采用如下公式计算偏差，其中R为圆弧 半径，Fi为偏差，(Xi,Yi)为当前点： 5 CN 111580453 A 说　明　书 3/6 页 a)当Fi≥0时，当前点位于圆弧轨迹之外，此时存在两种情况，往x轴负向走一个步 长或者往x轴负向、y轴正向各走一个步长： 往x轴负向走一个步长，此时计算下一个点的公式为： 往x轴负向、y轴正向各走一个步长，此时计算下一个点的公式为： 需要比较这两种情况下所走到的下一个点的偏差，选择偏差小的； b)当Fi<0时，此时往y轴正向走一个步长，计算下一个点的公式为： 进一步，在步骤S6中，所述FPGA控制器执行坐标进给，包括如下步骤：根据上述偏 差判别的计算结果将产生的x、y轴的单位脉冲步长和脉冲方向发送到对应的高速脉冲输出 口。 进一步，在步骤S6中，所述FPGA控制器执行偏差计算，包括如下步骤：根据高速脉 冲输出口输出的x、y轴的单位脉冲步长和脉冲方向，对应更新存储单元Tx、Ty，并判断当前 所处的象限。 进一步，在步骤S6中，所述FPGA控制器执行终点判别，包括如下步骤：更新步长计 数Total，如果Total为零，代表行程结束。 根据本发明实施例的基于PLC的提高二维圆弧插补轨迹精度的实现方法，实现对 逐点比较法的一种改进，结合了时间分割法的优点，可以对圆弧轨迹进行速度曲线的规划， 同时圆弧轨迹插补精度可以控制在一个脉冲当量，同时相比较时间分割法，具有更高的轨 迹精度。本发明采用时间分割及逐点比较进行圆弧轨迹的插补，可以对圆弧轨迹的速度曲 线进行规划，对插补段起始点进行坐标变换，将FPGA时钟频率的计算放到MCU中进行处理可 以实现两轴的同时进给。 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。 附图说明 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中： 图1为根据本发明实施例的基于PLC的提高二维圆弧插补轨迹精度的实现方法的 流程图； 图2为根据本发明实施例的插补轨迹的示意图。