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應用背景
自科技發(fā)展以來，鋰電池具有使用壽命長、適應性強以及能量高等優(yōu)點，因此鋰電池在電子產品、交通工具等領域的應用也越來越廣泛，由此衍生的鋰電池焊接等生產行業(yè)也在市場中迅速擴張。
隨著市場競爭地不斷增長，鋰電池焊接行業(yè)對精度要求也越來越高，本文主要介紹正運動運動控制器ZMC432的SS曲線可實現高精度焊接工藝的需求。
ZMC432可實現一臺控制器拖動多臺電機的效果，滿足鋰電池焊接行業(yè)同時控制多軸多工位加工的需求。
01 ZMC432功能簡介
ZMC432 是正運動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口， ZMC系列運動控制器可應用于各種需要脫機或聯機運行的場合。
ZMC432最多可支持32軸運動控制， 支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。
ZMC432支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。
ZMC432內置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進行有減速調整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。
實現PSO硬件比較輸出功能的命令主要有HW_PSWITCH2、MOVE_HWPSWITCH、HW_TIMER等。
例如在做鋰電池焊接的圓角加工時，在減速的同時能保證輸出間距恒定，同時結合SS曲線加工工藝增大了工藝柔性。既保證了加工效果，減少機械抖動，也最大限度地提高產能。
02 軸速度曲線
常見運動曲線分為梯形速度曲線和S形速度曲線兩種。在此基礎上，正運動還推出了另一種速度曲線：SS速度曲線。
下文將主要介紹三種常見的速度曲線！
1.梯形速度曲線
梯形曲線又名T形曲線，用于表達速度與時間的關系，梯形速度曲線圖可見下圖。由圖可知，標準的梯形速度曲線有3個階段，分別為勻加速、勻速、勻減速階段。
因此在進行插補運動時，可在軸參數初始化時，直接采用Basic指令對軸進行速度參數設置（SPEED速度、ACCEL加速度、DECEL減速度）。
由于梯形速度曲線在運動控制中的規(guī)劃是最快的，同時也是最簡單的，因此梯形曲線在工業(yè)控制領域應用中最為廣泛。
但梯形曲線也存在缺點，梯形速度不夠平滑，在速度曲線的轉角加速度不連續(xù)，在實際插補運動中容易導致機器抖動等現象，或易對機臺造成沖擊等。
2.S形速度曲線
S形速度曲線同樣用于表達速度與時間的關系。但與梯形曲線的區(qū)別在于對梯形曲線的加速和減速階段進行平滑，平滑后曲線形狀如字母S。S形速度曲線如下圖所示。
正運動Basic語言提供了專門的SRAMP指令實現。在實際運動應用中，通過SRAMP指令進行對應的值設置，可使運動中的速度曲線更加平滑，從而減少對控制過程中的沖擊，并使插補過程具有柔性。
SRAMP指令使用語法： VAR1 = SRAMP ， SRAMP = smoothms。
smoothms：毫秒單位，設置后加減速過程會延長相應的時間，可設的時間長短和加減速實際延長時間與distance、speed、accel均有關。
3.SS速度曲線
SS速度曲線又名加加速度曲線，用于表達加速度與時間的關系。加加速度是描述加速度變化快慢的物理量，即加速度的變化率。
正運動Basic語言中提供了 VP_MODE 指令的模式6和7可實現SS曲線（下文將詳細講解 VP_MODE 指令），即對加速度的加速和減速階段進行平滑，如下圖所示。
對加加速度進行平滑后，在一些高精度運動的工業(yè)應用場合中，可降低機構因加速度變化率太快而導致的沖擊過大和抖動現象。
例如常見的鋰電池焊接加工行業(yè)，在對動力電池頂蓋進行軌跡焊接時，在每個拐角處走倒角的時候，對其應用SS曲線，則可有效增大其柔性，降低機臺抖動和沖擊，使得焊接過程更加平穩(wěn)且連續(xù)。
03 速度曲線理論分析
梯形速度曲線只有勻加速、勻速和勻減速三個階段。而S形曲線由于對加減速階段進行了平滑，因此可分為7個階段，如下圖，S曲線的作用范圍是T1、T3、T5、T7；SS曲線的作用范圍也相同，區(qū)別在于SS曲線的加速度變化更為平緩。
由于S形曲線在加速和減速過程中，其加速度是變化的，因此引入了一個新的變量J，即加加速度。
J=da/dt
在加速度變化過程中，規(guī)定最大加速度為 a max ，最小加速度為 -a max ，由此可推出各個階段的加速度與加加速度之間的關系：
通常確定整個運行過程，需要知道三個基本系統參數：
1.加速度時間關系
根據上圖的加速度變化曲線圖，由圖中可知T1-T3為勻加速階段，T4為勻加速階段，T5-T6為勻減速階段，該處引入另一個變量μ。則：
根據公式①和②可得到加速度與時間的關系函數如下：
2.速度時間關系
速度與加速度存在的函數關系為：v=at；加加速度和速度的關系則滿足：
結合加速度時間關系并結合上述加速度與時間關系函數，可得到如下所示的關系：
簡化之后可得：
以上便是速度、加速度、加加速度三者之間曲線變化之間的函數關系。
04 VP_MODE指令說明及使用例程
1.指令說明
通過VP_MODE指令可實現對加減速曲線類型進行設置，有多個模式可選擇，可設置S形曲線、SS曲線，使得梯形曲線更加平滑。該指令一般用于軸參數初始化程序中，可與SRAMP指令同時使用，當VP_MODE為模式0時，以SRAMP設置的值生效。
語法： VAR1 = VP_MODE或 VP_MODE(axis)=mode
mode： 模式選擇
VP_MODE模式如下：
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模式
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描述
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0
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缺省值，使用 SRAMP 來設置S曲線；
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4
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起步時最大加速度，達到最高速時加速度漸變?yōu)?；S和SS曲線圖如下所示。
該模式適用于對沖擊沒有要求的高速啟停的加工場合。
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6
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新增類型SS曲線，加加速度連續(xù)的曲線類型，SS模式比T形減速會增加87%的減速時間。此模式只有減速階段才生效，加速階段則以模式0的方式生效，方便連續(xù)小線段插補；
該模式適用于高速啟動，平穩(wěn)停止的加工場合。
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7
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新增類型SS曲線，加加速度連續(xù)的曲線類型。動態(tài)修改軸參數或連續(xù)插補可能導致加加速度無法連續(xù)，此時會切換到模式0，因此建議SRAMP也設置合適值。
該模式適用于高精度且啟停速度平穩(wěn)的無沖擊加工場合。
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2.使用例程
以下例程均可通過ZMC432控制器實現，連接架構圖如下所示：
（1）VP_MODE設置為模式0，以單軸運動為例。
當SRAMP=50時，速度和加速度的曲線如下圖所示，分別在加速和減速階段都進行了平滑，而運動時間也會相應地延長。可與SRAMP=0時的曲線圖進行對比。
當SRAMP=0時，速度和加速度的曲線如下圖所示：
（2）VP_MODE設置為模式4，以多軸直線插補運動為例。
上述配置下，軸0采用VP_MODE模式4，起步以最高加速度開始運動并遞減至0。該模式適用于需要快速啟停的場合。
注： 由于該運動為插補運動，軸0為主軸，因此速度及加速度曲線看主軸即可。 VP_ACCEL數據源需通過手動輸入，采集S曲線和SS曲線下的加速度值的變化。
（3）VP_MODE設置為模式6，以多軸直線插補運動為例。
當VP_MODE設置為模式6時，只對減速階段進行平滑。當加速階段沒有設置S或SS曲線時，則加速度上電瞬間便達到最大值，以設定的加速度運動。當減速階段設置了SS曲線，由下圖可知，對加速度曲線進行了平滑減速，使得運動在減速階段過渡更為自然平滑。
該模式適用于連續(xù)插補場合，保證運動平穩(wěn)的條件下，提高效率。
注： 由于該運動為插補運動，軸0為主軸，因此速度及加速度曲線看主軸即可。
（4）VP_MODE設置為模式7，以鋰電池行業(yè)的跑道軌跡加工運動為例。
VP_MODE設置為模式7，對SS曲線進行平滑后的圖像如下，可與下圖的VP_ACCEL加速度曲線（淺藍色線條）進行對比。適用于運動抖動較大的場合。
注： 由于該運動為插補運動，軸0為主軸，因此速度及加速度曲線看主軸即可。
XY模式下軸0和軸1的插補軌跡：
（5）以下是未設置SS曲線的速度曲線圖。
由示波器采樣圖形可知，當前按S曲線運動。
由此可以對比得出VP_MODE=7，軸0，軸1的SS加減速的速度曲線更柔和。
（6）視頻講解。
本次，正運動技術高柔SS加減速曲線在鋰電池焊接中的應用，就分享到這里。
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正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發(fā)，是國家級高新技術企業(yè)。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業(yè)。主要業(yè)務有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。
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