正运动控制器ZMC432的SS曲线可实现高精度焊接工艺的需求
应用背景
自科技发展以来，锂电池具有使用寿命长、适应性强以及能量高等优点，因此锂电池在电子产品、交通工具等领域的应用也越来越广泛，由此衍生的锂电池焊接等生产行业也在市场中迅速扩张。 随着市场竞争地不断增长，锂电池焊接行业对精度要求也越来越高，本文主要介绍正运动运动控制器zmc432的ss曲线可实现高精度焊接工艺的需求。 zmc432可实现一台控制器拖动多台电机的效果，满足锂电池焊接行业同时控制多轴多工位加工的需求。
01 zmc432功能简介
zmc432是正运动推出的一款多轴高性能ethercat总线运动控制器，具有ethercat、ethernet、rs232、can和u盘等通讯接口，zmc系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。 zmc432最多可支持32轴运动控制，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随等功能。
zmc432支持plc、basic、hmi组态三种编程方式。pc上位机api编程支持c#、c++、labview、matlab、qt、linux、vb.net、python等接口。
zmc432内置高精度pso位置同步输出功能，在加工圆角与曲线时即使进行有减速调整，在高速加工的场合中也能控制激光输出的等间距输出。 实现pso硬件比较输出功能的命令主要有hw_pswitch2、move_hwpswitch、hw_timer等。
例如在做锂电池焊接的圆角加工时，在减速的同时能保证输出间距恒定，同时结合ss曲线加工工艺增大了工艺柔性。既保证了加工效果，减少机械抖动，也最大限度地提高产能。
02 轴速度曲线
常见运动曲线分为梯形速度曲线和s形速度曲线两种。在此基础上，正运动还推出了另一种速度曲线：ss速度曲线。
下文将主要介绍三种常见的速度曲线！
1.梯形速度曲线
梯形曲线又名t形曲线，用于表达速度与时间的关系，梯形速度曲线图可见下图。由图可知，标准的梯形速度曲线有3个阶段，分别为匀加速、匀速、匀减速阶段。 因此在进行插补运动时，可在轴参数初始化时，直接采用basic指令对轴进行速度参数设置（speed速度、accel加速度、decel减速度）。
由于梯形速度曲线在运动控制中的规划是最快的，同时也是最简单的，因此梯形曲线在工业控制领域应用中最为广泛。 但梯形曲线也存在缺点，梯形速度不够平滑，在速度曲线的转角加速度不连续，在实际插补运动中容易导致机器抖动等现象，或易对机台造成冲击等。
2.s形速度曲线
s形速度曲线同样用于表达速度与时间的关系。但与梯形曲线的区别在于对梯形曲线的加速和减速阶段进行平滑，平滑后曲线形状如字母s。s形速度曲线如下图所示。 正运动basic语言提供了专门的sramp指令实现。在实际运动应用中，通过sramp指令进行对应的值设置，可使运动中的速度曲线更加平滑，从而减少对控制过程中的冲击，并使插补过程具有柔性。
sramp指令使用语法：var1 = sramp，sramp = smoothms。 smoothms：毫秒单位，设置后加减速过程会延长相应的时间，可设的时间长短和加减速实际延长时间与distance、speed、accel均有关。
3.ss速度曲线
ss速度曲线又名加加速度曲线，用于表达加速度与时间的关系。加加速度是描述加速度变化快慢的物理量，即加速度的变化率。 正运动basic语言中提供了vp_mode指令的模式6和7可实现ss曲线（下文将详细讲解vp_mode指令），即对加速度的加速和减速阶段进行平滑，如下图所示。
对加加速度进行平滑后，在一些高精度运动的工业应用场合中，可降低机构因加速度变化率太快而导致的冲击过大和抖动现象。 例如常见的锂电池焊接加工行业，在对动力电池顶盖进行轨迹焊接时，在每个拐角处走倒角的时候，对其应用ss曲线，则可有效增大其柔性，降低机台抖动和冲击，使得焊接过程更加平稳且连续。
03 速度曲线理论分析
梯形速度曲线只有匀加速、匀速和匀减速三个阶段。而s形曲线由于对加减速阶段进行了平滑，因此可分为7个阶段，如下图，s曲线的作用范围是t1、t3、t5、t7；ss曲线的作用范围也相同，区别在于ss曲线的加速度变化更为平缓。
由于s形曲线在加速和减速过程中，其加速度是变化的，因此引入了一个新的变量j，即加加速度。
j=da/dt
在加速度变化过程中，规定最大加速度为amax，最小加速度为-amax，由此可推出各个阶段的加速度与加加速度之间的关系：
通常确定整个运行过程，需要知道三个基本系统参数：
1.加速度时间关系
根据上图的加速度变化曲线图，由图中可知t1-t3为匀加速阶段，t4为匀加速阶段，t5-t6为匀减速阶段，该处引入另一个变量μ。则：
根据公式①和②可得到加速度与时间的关系函数如下：
2.速度时间关系
速度与加速度存在的函数关系为：v=at；加加速度和速度的关系则满足：
结合加速度时间关系并结合上述加速度与时间关系函数，可得到如下所示的关系：
简化之后可得：
以上便是速度、加速度、加加速度三者之间曲线变化之间的函数关系。
04 vp_mode指令说明及使用例程 1.指令详解 1.指令说明
通过vp_mode指令可实现对加减速曲线类型进行设置，有多个模式可选择，可设置s形曲线、ss曲线，使得梯形曲线更加平滑。该指令一般用于轴参数初始化程序中，可与sramp指令同时使用，当vp_mode为模式0时，以sramp设置的值生效。
语法：var1 = vp_mode或 vp_mode(axis)=mode
mode：模式选择
vp_mode模式如下：
模式 描述
0 缺省值，使用sramp来设置s曲线；
4 起步时最大加速度，达到最高速时加速度渐变为0；s和ss曲线图如下所示。
该模式适用于对冲击没有要求的高速启停的加工场合。
6 新增类型ss曲线，加加速度连续的曲线类型，ss模式比t形减速会增加87%的减速时间。此模式只有减速阶段才生效，加速阶段则以模式0的方式生效，方便连续小线段插补；
该模式适用于高速启动，平稳停止的加工场合。
7 新增类型ss曲线，加加速度连续的曲线类型。动态修改轴参数或连续插补可能导致加加速度无法连续，此时会切换到模式0，因此建议sramp也设置合适值。
该模式适用于高精度且启停速度平稳的无冲击加工场合。
2.使用例程
以下例程均可通过zmc432控制器实现，连接架构图如下所示：
（1）vp_mode设置为模式0，以单轴运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait idle(0) '等待轴0停止base(0) '设置轴atype=1 '设置轴类型为脉冲units=1000 '脉冲当量dpos=0 mpos=0speed=100 '设置速度为100accel=1000 '设置加速度1000decel=1000 '设置减速度1000sramp=50 '设置s曲线时间为50msvp_mode=0 '轴0设置模式0triggermove(25) '单轴运动25end当sramp=50时，速度和加速度的曲线如下图所示，分别在加速和减速阶段都进行了平滑，而运动时间也会相应地延长。可与sramp=0时的曲线图进行对比。
当sramp=0时，速度和加速度的曲线如下图所示：
（2）vp_mode设置为模式4，以多轴直线插补运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴，轴0为主轴atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度为100accel=1000,1000decel=1000,1000merge=on '开启连续插补sramp=0,0 '不设置s曲线vp_mode=4,0 '轴0设置模式4，轴1设置模式0triggermove(25,25) '插补运动end上述配置下，轴0采用vp_mode模式4，起步以最高加速度开始运动并递减至0。该模式适用于需要快速启停的场合。
注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。vp_accel数据源需通过手动输入，采集s曲线和ss曲线下的加速度值的变化。
（3）vp_mode设置为模式6，以多轴直线插补运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴，轴0为主轴atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度为100accel=1000,1000decel=1000,1000merge=on '开启连续插补sramp=0,0 '不设置s曲线vp_mode=6,0 '轴0设置模式6，轴1设置模式0triggermove(25,25) '插补运动end
当vp_mode设置为模式6时，只对减速阶段进行平滑。当加速阶段没有设置s或ss曲线时，则加速度上电瞬间便达到最大值，以设定的加速度运动。当减速阶段设置了ss曲线，由下图可知，对加速度曲线进行了平滑减速，使得运动在减速阶段过渡更为自然平滑。
该模式适用于连续插补场合，保证运动平稳的条件下，提高效率。
注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。
（4）vp_mode设置为模式7，以锂电池行业的跑道轨迹加工运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴0和轴1atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度分别为100accel=1000,1000 '设置轴0和轴1加速度为1000decel=1000,1000merge=onsramp=100,100 '设置s曲线时间为100vp_mode=7,7 '轴0设置模式7，即设置ss曲线triggermove(10,0) '轴0正向运动10movecirc(2.5,2.5,0,2.5,0) '做半径为2.5的圆弧运动move(0,10) '轴1正向运动10movecirc(-2.5,2.5,-2.5,0,0)move(-20,0) '轴0负向运动20movecirc(-2.5,-2.5,0,-2.5,0)move(0,-10) '轴1负向运动10movecirc(2.5,-2.5,2.5,0,0)move(10,0) '轴0正向运动10endvp_mode设置为模式7，对ss曲线进行平滑后的图像如下，可与下图的vp_accel加速度曲线（浅蓝色线条）进行对比。适用于运动抖动较大的场合。 注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。
xy模式下轴0和轴1的插补轨迹：
（5）以下是未设置ss曲线的速度曲线图。
sramp=100,100 '设置s曲线时间为100vp_mode=0,0 ' ss曲线取消由示波器采样图形可知，当前按s曲线运动。
由此可以对比得出vp_mode=7，轴0，轴1的ss加减速的速度曲线更柔和。
随着半导体产业发展过程不断更新，EDA芯片软件设计愈发受到重视
一种远程视频监控系统的实现
哥伦比亚利用AR报道超级碗LIII比赛 为观众带来前所未有的足球体验
具有Alexa功能的STM32嵌入式参考设计方案
无线收发芯片的性能说明
正运动控制器ZMC432的SS曲线可实现高精度焊接工艺的需求
如何根据电机应用方向从设计上选取匹配
在芯片领域中，哪家公司将成为5G时代的大赢家
基于DTU&ZWS云的智慧环境监控系统之数据统计篇
中创新航储能电芯于RE+展出全球首个量产交付的314Ah新款高比能、长寿命电芯
透射电子显微镜的用途和特点
华为智能家居战略是华为全场景战略的延伸
怎样利用大数据让旅游变得有智慧
关于虚拟现实健身自行车的科普
分布式分类帐和硬分叉是如何工作的
新能源销量带动充电桩增速但仍未达目标,引多方势力加入
什么是非晶磁环？非晶磁环工作频率
DS1870的查找表结构
优傲机器人UR+平台首个中国开发者亮相工博会
诺基亚8什么时候上市最新消息：诺基亚8旗舰回归，全面屏+后置双摄+骁龙835，售价不超过4000元！
自科技发展以来，锂电池具有使用寿命长、适应性强以及能量高等优点，因此锂电池在电子产品、交通工具等领域的应用也越来越广泛，由此衍生的锂电池焊接等生产行业也在市场中迅速扩张。 随着市场竞争地不断增长，锂电池焊接行业对精度要求也越来越高，本文主要介绍正运动运动控制器zmc432的ss曲线可实现高精度焊接工艺的需求。 zmc432可实现一台控制器拖动多台电机的效果，满足锂电池焊接行业同时控制多轴多工位加工的需求。
01 zmc432功能简介
zmc432是正运动推出的一款多轴高性能ethercat总线运动控制器，具有ethercat、ethernet、rs232、can和u盘等通讯接口，zmc系列运动控制器可应用于各种需要脱机或联机运行的场合。 zmc432最多可支持32轴运动控制，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随等功能。
zmc432支持plc、basic、hmi组态三种编程方式。pc上位机api编程支持c#、c++、labview、matlab、qt、linux、vb.net、python等接口。
zmc432内置高精度pso位置同步输出功能，在加工圆角与曲线时即使进行有减速调整，在高速加工的场合中也能控制激光输出的等间距输出。 实现pso硬件比较输出功能的命令主要有hw_pswitch2、move_hwpswitch、hw_timer等。
例如在做锂电池焊接的圆角加工时，在减速的同时能保证输出间距恒定，同时结合ss曲线加工工艺增大了工艺柔性。既保证了加工效果，减少机械抖动，也最大限度地提高产能。
02 轴速度曲线
常见运动曲线分为梯形速度曲线和s形速度曲线两种。在此基础上，正运动还推出了另一种速度曲线：ss速度曲线。
下文将主要介绍三种常见的速度曲线！
1.梯形速度曲线
梯形曲线又名t形曲线，用于表达速度与时间的关系，梯形速度曲线图可见下图。由图可知，标准的梯形速度曲线有3个阶段，分别为匀加速、匀速、匀减速阶段。 因此在进行插补运动时，可在轴参数初始化时，直接采用basic指令对轴进行速度参数设置（speed速度、accel加速度、decel减速度）。
由于梯形速度曲线在运动控制中的规划是最快的，同时也是最简单的，因此梯形曲线在工业控制领域应用中最为广泛。 但梯形曲线也存在缺点，梯形速度不够平滑，在速度曲线的转角加速度不连续，在实际插补运动中容易导致机器抖动等现象，或易对机台造成冲击等。
2.s形速度曲线
s形速度曲线同样用于表达速度与时间的关系。但与梯形曲线的区别在于对梯形曲线的加速和减速阶段进行平滑，平滑后曲线形状如字母s。s形速度曲线如下图所示。 正运动basic语言提供了专门的sramp指令实现。在实际运动应用中，通过sramp指令进行对应的值设置，可使运动中的速度曲线更加平滑，从而减少对控制过程中的冲击，并使插补过程具有柔性。
sramp指令使用语法：var1 = sramp，sramp = smoothms。 smoothms：毫秒单位，设置后加减速过程会延长相应的时间，可设的时间长短和加减速实际延长时间与distance、speed、accel均有关。
3.ss速度曲线
ss速度曲线又名加加速度曲线，用于表达加速度与时间的关系。加加速度是描述加速度变化快慢的物理量，即加速度的变化率。 正运动basic语言中提供了vp_mode指令的模式6和7可实现ss曲线（下文将详细讲解vp_mode指令），即对加速度的加速和减速阶段进行平滑，如下图所示。
对加加速度进行平滑后，在一些高精度运动的工业应用场合中，可降低机构因加速度变化率太快而导致的冲击过大和抖动现象。 例如常见的锂电池焊接加工行业，在对动力电池顶盖进行轨迹焊接时，在每个拐角处走倒角的时候，对其应用ss曲线，则可有效增大其柔性，降低机台抖动和冲击，使得焊接过程更加平稳且连续。
03 速度曲线理论分析
梯形速度曲线只有匀加速、匀速和匀减速三个阶段。而s形曲线由于对加减速阶段进行了平滑，因此可分为7个阶段，如下图，s曲线的作用范围是t1、t3、t5、t7；ss曲线的作用范围也相同，区别在于ss曲线的加速度变化更为平缓。
由于s形曲线在加速和减速过程中，其加速度是变化的，因此引入了一个新的变量j，即加加速度。
j=da/dt
在加速度变化过程中，规定最大加速度为amax，最小加速度为-amax，由此可推出各个阶段的加速度与加加速度之间的关系：
通常确定整个运行过程，需要知道三个基本系统参数：
1.加速度时间关系
根据上图的加速度变化曲线图，由图中可知t1-t3为匀加速阶段，t4为匀加速阶段，t5-t6为匀减速阶段，该处引入另一个变量μ。则：
根据公式①和②可得到加速度与时间的关系函数如下：
2.速度时间关系
速度与加速度存在的函数关系为：v=at；加加速度和速度的关系则满足：
结合加速度时间关系并结合上述加速度与时间关系函数，可得到如下所示的关系：
简化之后可得：
以上便是速度、加速度、加加速度三者之间曲线变化之间的函数关系。
04 vp_mode指令说明及使用例程 1.指令详解 1.指令说明
通过vp_mode指令可实现对加减速曲线类型进行设置，有多个模式可选择，可设置s形曲线、ss曲线，使得梯形曲线更加平滑。该指令一般用于轴参数初始化程序中，可与sramp指令同时使用，当vp_mode为模式0时，以sramp设置的值生效。
语法：var1 = vp_mode或 vp_mode(axis)=mode
mode：模式选择
vp_mode模式如下：
模式 描述
0 缺省值，使用sramp来设置s曲线；
4 起步时最大加速度，达到最高速时加速度渐变为0；s和ss曲线图如下所示。
该模式适用于对冲击没有要求的高速启停的加工场合。
6 新增类型ss曲线，加加速度连续的曲线类型，ss模式比t形减速会增加87%的减速时间。此模式只有减速阶段才生效，加速阶段则以模式0的方式生效，方便连续小线段插补；
该模式适用于高速启动，平稳停止的加工场合。
7 新增类型ss曲线，加加速度连续的曲线类型。动态修改轴参数或连续插补可能导致加加速度无法连续，此时会切换到模式0，因此建议sramp也设置合适值。
该模式适用于高精度且启停速度平稳的无冲击加工场合。
2.使用例程
以下例程均可通过zmc432控制器实现，连接架构图如下所示：
（1）vp_mode设置为模式0，以单轴运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait idle(0) '等待轴0停止base(0) '设置轴atype=1 '设置轴类型为脉冲units=1000 '脉冲当量dpos=0 mpos=0speed=100 '设置速度为100accel=1000 '设置加速度1000decel=1000 '设置减速度1000sramp=50 '设置s曲线时间为50msvp_mode=0 '轴0设置模式0triggermove(25) '单轴运动25end当sramp=50时，速度和加速度的曲线如下图所示，分别在加速和减速阶段都进行了平滑，而运动时间也会相应地延长。可与sramp=0时的曲线图进行对比。
当sramp=0时，速度和加速度的曲线如下图所示：
（2）vp_mode设置为模式4，以多轴直线插补运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴，轴0为主轴atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度为100accel=1000,1000decel=1000,1000merge=on '开启连续插补sramp=0,0 '不设置s曲线vp_mode=4,0 '轴0设置模式4，轴1设置模式0triggermove(25,25) '插补运动end上述配置下，轴0采用vp_mode模式4，起步以最高加速度开始运动并递减至0。该模式适用于需要快速启停的场合。
注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。vp_accel数据源需通过手动输入，采集s曲线和ss曲线下的加速度值的变化。
（3）vp_mode设置为模式6，以多轴直线插补运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴，轴0为主轴atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度为100accel=1000,1000decel=1000,1000merge=on '开启连续插补sramp=0,0 '不设置s曲线vp_mode=6,0 '轴0设置模式6，轴1设置模式0triggermove(25,25) '插补运动end
当vp_mode设置为模式6时，只对减速阶段进行平滑。当加速阶段没有设置s或ss曲线时，则加速度上电瞬间便达到最大值，以设定的加速度运动。当减速阶段设置了ss曲线，由下图可知，对加速度曲线进行了平滑减速，使得运动在减速阶段过渡更为自然平滑。
该模式适用于连续插补场合，保证运动平稳的条件下，提高效率。
注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。
（4）vp_mode设置为模式7，以锂电池行业的跑道轨迹加工运动为例。
rapidstop(2) '停止之前的全部轴wait until idle(0) and idle(1) '等待轴0和轴1停止base(0,1) '设置轴0和轴1atype=1,1units=1000,1000dpos=0,0mpos=0,0speed=100,100 '设置轴0和轴1速度分别为100accel=1000,1000 '设置轴0和轴1加速度为1000decel=1000,1000merge=onsramp=100,100 '设置s曲线时间为100vp_mode=7,7 '轴0设置模式7，即设置ss曲线triggermove(10,0) '轴0正向运动10movecirc(2.5,2.5,0,2.5,0) '做半径为2.5的圆弧运动move(0,10) '轴1正向运动10movecirc(-2.5,2.5,-2.5,0,0)move(-20,0) '轴0负向运动20movecirc(-2.5,-2.5,0,-2.5,0)move(0,-10) '轴1负向运动10movecirc(2.5,-2.5,2.5,0,0)move(10,0) '轴0正向运动10endvp_mode设置为模式7，对ss曲线进行平滑后的图像如下，可与下图的vp_accel加速度曲线（浅蓝色线条）进行对比。适用于运动抖动较大的场合。 注：由于该运动为插补运动，轴0为主轴，因此速度及加速度曲线看主轴即可。
xy模式下轴0和轴1的插补轨迹：
（5）以下是未设置ss曲线的速度曲线图。
sramp=100,100 '设置s曲线时间为100vp_mode=0,0 ' ss曲线取消由示波器采样图形可知，当前按s曲线运动。
由此可以对比得出vp_mode=7，轴0，轴1的ss加减速的速度曲线更柔和。
随着半导体产业发展过程不断更新，EDA芯片软件设计愈发受到重视
一种远程视频监控系统的实现
哥伦比亚利用AR报道超级碗LIII比赛 为观众带来前所未有的足球体验
具有Alexa功能的STM32嵌入式参考设计方案
无线收发芯片的性能说明
正运动控制器ZMC432的SS曲线可实现高精度焊接工艺的需求
如何根据电机应用方向从设计上选取匹配
在芯片领域中，哪家公司将成为5G时代的大赢家
基于DTU&ZWS云的智慧环境监控系统之数据统计篇
中创新航储能电芯于RE+展出全球首个量产交付的314Ah新款高比能、长寿命电芯
透射电子显微镜的用途和特点
华为智能家居战略是华为全场景战略的延伸
怎样利用大数据让旅游变得有智慧
关于虚拟现实健身自行车的科普
分布式分类帐和硬分叉是如何工作的
新能源销量带动充电桩增速但仍未达目标,引多方势力加入
什么是非晶磁环？非晶磁环工作频率
DS1870的查找表结构
优傲机器人UR+平台首个中国开发者亮相工博会
诺基亚8什么时候上市最新消息：诺基亚8旗舰回归，全面屏+后置双摄+骁龙835，售价不超过4000元！