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07第七章
第七章电子凸轮编程
PACMotion凸轮轮廓发展概貌
在LogicDeveloper中凸轮轮廓线可以在充分利用它的内置曲线拟合工具集和图形显示功能的基础上应用PACMotion中的凸轮工具生成。
它利用1st,2nd,3rdor5th度样条曲线拟合方式对采集到的点的数据进行拟合。
一个凸轮轮廓线（轮廓数据表）可以被划分为不同的部分，每一部分都对应特定的拟合精度。
在一个RX3i对象中有两个区域可以存放凸轮轮廓线的数据，一个是轮廓库部分，它对存储量没有限制（个人计算机上的磁盘空间除外）；另一个是活动轮廓数据单元，在下载一个工程文件时它会将数据保存在RX3i的CPU中，一次只能储存2048个活动轮廓曲线数据。
LogicDeveloper允许将凸轮的数据文件以.csv的格式输入到轮廓库或以同样的格式从轮廓库中输出；很多CAD工程文件可以转化成.csv格式的文件输出。
PACmotion系统的一个新增的功能是RX3iCPU可以直接在CPU存储空间和PMM模块之间读写凸轮轮廓线数据信息。
通过这项功能，一个已经创建的凸轮数据文件被放入CPU存储空间，在这里操作员可以直接对其进行编辑，完成后保存在PMM模块以备调用。
当下载一个工程文件到RX3i中时，LogicDeveloper中的核查工具集会确保要写入RX3iCPU轮廓库中的文件为当前活动文件。
当一个文件处于CPUactivelibrary时，它将在PMM模块中被激活并运行，具体操作参考MC_CamTableSelect操作指南。
如果机架循环供应电力，在特定的PMM中存储的数据文件就会丢失；但是CPU数据库中的文件会一直保存。
如果在单个PMM模块中运行的数据文件超过了它允许的最大值，会发生以下情况：
在文件自动管理模式下，按MC_CamTableSelect的执行顺序，旧的文件会被删除，其位置被新的文件取代；在手动管理模式下，按应用逻辑要求，文件必须按与文件名一一对应的原则对其进行加载或删除操作以防止溢出错误。
一旦一个文件被选中，在PMM模块中它就处于激活状态，并通过MC_Camln命令运行。
在凸轮轮廓线中有以下一些限制：
4096=凸轮轮廓线上重合的点数不能超过4096。
256=在单个PMM模块中可以同时选择的轮廓线数目不能超过256。
2048=在CPU的活动库里轮廓线的数目不能超过2048。
MC_CamTableSelect和MC_Camln功能的分离使得系统可以在运行前对初始误差进行核查，并且保证了凸轮在运行中可以及时停止。
选定一条轮廓线并且要对它进行操作的时候，附加检查功能会启动，这些检查操作在MC_Camin中执行，因为对于特定轮廓线，它只与特定的主动轴或从动轴相关联。
MC_CamTableDeselect功能模块可以从特定的PMM中删除轮廓线文件以释放内存，MC_CamOutgongneng模块可以使从动轴与主动装置分离。
凸轮功能块的详细情况请参阅第六章。
PMM中凸轮的模式
编辑凸轮的样式在凸轮操作中有很广的应用，根据不同的应用范围，凸轮和凸轮轴的形式会有所不同，但是在操作上遵循着同样的限制条件。
各种限制条件总结如下表。
类型或模式
选项
选择方式
注释
凸轮形状
线性循环
圆周循环
不循环
通过存储的凸轮轮廓线数据
凸轮轮廓线被定义时其样式同时确定
凸轮轴
相对的
绝对的
起始数据输入MC_Camin应用模块
详情见第6章
形式上主动轴与从动轴是分离的，定义好的凸轮会使两者产生关联，这也是有效的
凸轮循环工作
周期的
非周期的
周期性输入到MC_CamTableSelect
应用模块
周期性的凸轮会循环工作，在MC_CamOut给出停止命令或遇到错误时才会停止。
非周期性的凸轮的工作过程是凸轮从动件从凸轮轮廓线最高点运动到最低点，或反之
凸轮轴位置
线性
转动
通过参数个数确定轴的形式
线性轴始终处于凸轮最高点和最低点之间；旋转轴会产生一个系数用来度量从凸轮最高点到最低点之间的距离；在旋转模式下，指定用于反馈的最高点和最低点的范围会对凸轮的工作产生影响
凸轮轮廓线的样式
在定义凸轮轮廓线的时候必须注意到轮廓线上的点是单调递增的，比如第一个位置点是1，第二个点的位置将大于1；凸轮作为主动件它的运动可以是单向也可以是双向运动，推杆则沿着它的轮廓线运动。
凸轮轮廓线包含以下形式：
1）单循环凸轮
2）线性循环凸轮
3）圆周期循环凸轮
任何凸轮形状被定义后，它都与以上三种中的一种对应。
非循环凸轮
非循环凸轮拥有一个特有的在整个工作过程中不重复的轮廓线。
当到达轮廓线终点时凸轮停止运动。
特定的外部事件同样能使凸轮停止工作；在确定一个凸轮形状时用户单元必须与相应的用户单元相关联，用于确定主动件和从动杆形状的用户单位计算比率必须和相应的构件对应；当然，主动件和从动杆的最高和最低点位置也必须根据传动轴来确定。
直线循环凸轮
直线循环凸轮可以往复循环工作直到有外部事件令其停止；对凸轮机构的从动杆来说，它循环运动的起始点与终止点重合。
一个循环往复运动的机轴就是一个简单的直线循环凸轮机构；在确定凸轮结构时指定用于凸轮机构主动件和从动杆的用户单位计数率必须与相应构件上每一个用户单位尺寸对应。
约束：
在直线循环凸轮上从动杆起点必须和终点重合。
只有当凸轮各项参数满足约束条件时，凸轮编辑器中才会在凸轮形式中出现直线循环凸轮的选项。
注意：
1在周期性凸轮机构中，主动件的形状是完全确定的。
主动件中心轴线位置的确定是根据凸轮的轮廓线的形状。
轴线的最低点必须与凸轮轮廓线的起始位置一致，主动件的最高极限位置必须与凸轮轮廓线的终点位置一致。
这是因为在实际结构上凸轮的起点与终点是同一点。
2在一个直线循环凸轮结构中，凸轮轴在轮廓线终点处反向继续转动，而从动轴运动与它不同。
从动轴参数的极限值要根据硬件上与其相关联的主动轴来确定。
线性循环凸轮例子
圆盘形循环凸轮
圆周循环运动的凸轮轮廓线可以保证它实现平顺的连续的循环运动。
同时，一个圆周循环凸轮的从动轴在数值上可以有不同的起点和终点。
主动轴和从动轴在终点处都会翻转运动，旋转刀就是一个简单的圆周循环凸轮机构。
约束：
整个从动机构的轮廓线（包括经插值处理的数据）都必须处于机构的最大值和最小值之间，从动机构的最大和最小值定义如下：
凸轮操作限制在类型和模式上
下面的表格给出了凸轮轮廓线的形式和操作模式的正确的选择和组合
表中给出的各种对MC_CamTableSelect的输入项的组合都是允许的。
一般说来，当你要确定一个凸轮的轮廓线时，这些形式的核查就会发生。
这些检查工作之所以发生是因为对一个给定轮廓的凸轮，它只是对特定的主动件和从动件有效，对其他的是无效的。
滤波和曲线拟合
凸轮编辑器运用多项式样条编辑方式使轮廓线上某些不理想的区段曲线变平顺，这些区段正是用户定义失败了的部分。
这种方法使得在获取构件精确和平顺的运动轨迹时系统减少了运动模块中对轮廓线数据的存储。
如果不用这种平顺化曲线的方案，在定义一个凸轮轮廓线时，会有大量的数据要处理，这就要求有很大的存储空间。
在定义一个凸轮外形轮廓线时，有最少实际点数的限制。
这些点被定义好后，他们就可以连接成一条线段，一个完整的轮廓线就是由这不同的线段组成。
对于每一个线段，你可以指定曲线拟合度（1，2，3或5），度数越高，拟合得到的曲线越光滑。
曲线拟合度是对任意相邻两个用户定义的点之间的线段构成的多项式曲线的度量。
每一条线段（任意相邻两点间）都要求有特定的多项式系数与其对应。
多项式的系数是根据用户定义的点和每一点两侧轮廓线的斜度计算出的。
凸轮轮廓的多项式曲线可以用如下的函数式表示：
Y（X）=An-1（Xn-Xn-1）5+Bn-1（Xn-Xn-1）4+Cn-1（Xn-Xn-1）3+Dn-1（Xn-Xn-1）2+En-1（Xn-Xn-1）+Yn-1
式中：
Y=相对于主动件位置X的从动件的位置数值；
Xn-1=在第n-1个点处主动件位置的数值；
Yn-1=在第n-1个点处从动件位置的数值；
An-1，Bn-1，Cn-1，Dn-1，En-1=在第n-1个点处的曲线拟合系数；
注意：
对于给定的主动件位置X，X处于Xn-1和Xn之间，多项式中的系数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ要根据Ｘn-1确定。
对于第二度曲线拟合，系数Ａ，Ｂ和Ｃ都是０；对于第一度曲线拟合，系数Ａ，Ｂ，Ｃ和D都为0.
组合线段
曲线拟合度决定了相邻两段轮廓线段的混合过程，以下介绍了几种可能的组合。
在四中给定的曲线拟合度中，第一度和第五度是被提供的数据完全定义的，所以对他们的拟合不需要设定边界。
因此，他们被称为“完整“线段。
第二度线段有一个边界，设置如下：
对于非周期运动凸轮轮廓线，如果给定的线段是起始线段，起始边界的设置值要根据起始位置线段的一阶或二阶导数来确定。
对于周期运动和非周期运动的轮廓线的内部线段，如果一条第二度线段紧接一条完整线段，那么第二度线段起始位置的一阶导数要与完整线段起始位置的一阶导数相同。
如果一条二次线段紧接一条第二度线段，他们可以看成一条线段来处理。
如果一条第二度线段紧接一条第三度线段，又有一条完整线段紧接第二度线段，第二度线段结尾处一阶导数与完整线段起始位置处一阶导数值相同。
如果一条第二度线段紧接一组第三度线段，这一组第三度线段首尾相连，那么第二度线段起始位置处的一阶导数可以通过用三点确定一条二次曲线的方式来确定。
第三度线段有两个边界，设置如下：
如果线段位于起始位置，则起始边界的设置值要根据线段起始位置处的一阶和二阶导数来确定。
如果线段处于轮廓线结尾处，结尾边界的设置值要根据线段结尾处线段的一阶导数和二阶导数来确定。
如果只有一条线段则起始和结尾边界值都可以确定。
对于内部线段，如果一条第三度线段紧接一条非第三度线段，它的起始位置一阶导数要与它前面的线段的结尾处一阶导数数值相等。
如果一条第三度线段紧接另一条第三度线段，他们将被作为一条线段处理。
如果一条第三度线段后紧接一条非第三度线段，它的结尾处一阶导数要与后接的线段的起始一阶导数相等。
边界条件
对于非周期循环凸轮轮廓线，可以设定一些先决条件在轮廓线起始和结尾处，以方便计算曲线拟合多项式的系数。
如果轮廓线的起始线段是二次或三次曲线，就需要给他设定先决条件；如果结尾处线段是三次曲线，同样需要设定先决条件。
如果起始线段是二次曲线，他的先决条件可以是以下几种：
轮廓线一阶导数的数值（斜率）；
轮廓线二阶导数的数值；
基于一个无效的命令；
对于三次线段，结尾处边界条件也可以设置。
起始边界：
通过起始处三个点（第二度线段）或四个点（第三度曲线）拟合成一个临时的多项式曲线并通过此曲线计算线段起始处的斜率，得到的斜率就是轮廓线的起始斜率。
结尾边界：
通过结尾处的三个点（第二度线段）或四个点（第三度曲线）拟合成一个临时的多项式曲线并通过此曲线计算线段结尾处的斜率，得到的斜率就是轮廓线的结尾斜率。
同步运动功能块现状
同步运动功能模块MC_CamIn和MC_GearInPos具有滞后，调整和同步三部分。
MC_CamIn功能模块不会出现滞后情况，但是在运行中会进行调整。
关于这些功能模块的细节参见第六节。
滞后环节
同步的运动功能块：
MC_GearInPos和MC_CamIn。
一个MC_GearInPos或MC_CamIn运动同步反馈系统在系统繁忙时会出现滞后情况，而之前的运动会一直保持下去。
运动模块在以下情况下不会出现滞后：
A）主动轴运动带动调整装置工作，使MC_GearInPos或MC_CamIn处于活动状态。
B）MC_GearInPos或MC_CamIn被其他的运动反馈装置强行终止动作。
C）当RX3iCPU由运动模式转向停止模式时。
在以下情况主动件运动导致从动件由滞后状态转向调整状态：
对于MC_GearInPos当这种转变是由位置和方向的原因引起时，在主动轴穿过主动起始位置时从动轴开始进入调整状态。
对于MC_CamIn，转变只是由方向变化引起的，当主动轴的速度信号与RampDistance信号一致时，系统开始调整动作。
在这一点，当前主动轴位置变成了主动轴起始位置
主轴方向对滞后的影响
当主动轴布置方式选择旋转时，还有一些附加的因素需要考虑。
当主动件速度方向与RampDistance的速度方向相反或没有经过主动起始位置，那么主动件同步位置和主动件起始位置都只是潜在的。
一旦引起转变的条件具备，这些位置也就确定了。
如果主动件起始位置距离大于主动轴范围，主动件会通过主动起始位置而忽略其他因素。
如果在一个旋转轴上主动件起始距离是主动轴范围的整数倍，则旋转轴主动起始位置与主动轴同步位置一致。
调整斜率
同步的运动功能块：
MC_GearIn,MC_GearInPos和MC_CamIn
在调整斜率的时候，功能模块的主动和繁忙输出功能开放。
但是同步系统没有开放。
从动件在运动中无法实现与主动件的同步。
MC_GearIn通过对从动件进行加速和减速操作使从动件的速度尽可能接近目标速度（这是主动件速度与传动比的乘积），目标介于最高速度和最低速度之间。
当主动件在一个特定的位置并且以一定得速度运动时MC_CamIn和MC_GearInPos会调整从动件的位置。
在调整中，主动件可能会向前或向后运动，或者暂时停止。
为了得到这样的结果，需要拟合一条连续的曲线将当前从动件的位置和速度关联起来，对想要得到的位置和速度之间的关系同样可用这样的一条曲线描述。
从动件的指令速度和加速度受到从动轴应用范围的限制。
同步
同步的运动功能块：
MC_GearIn,MC_GearInPos和MC_CamIn
当功能模块处于繁忙工作状态，并且同步功能打开的情况下，从动件运动与主动轴同步。
当主动件和从动件同步运动时，MC_CamIn和MC_GearInPos功能模块的同步输出功能打开。
MC_GearIn功能模块会输出同步运动的信息
CSV凸轮文件格式
可以把凸轮数据文件输出到一个分离变量（CSV）的文件。
同样，一组CSV格式的凸轮轮廓线数据可以输入相应的工程中，然后可以用凸轮轮廓线编辑工具对它进行编辑。
CSV格式的文件由三部分组成：
文件头，线段头和线段主体部分。
文件头只有一个，线段的个数一定，线段上的点数也一定。
单个的CSV文件可以包含多条轮廓线数据。
每一个新的轮廓线数据文件都以轮廓线名开始。
以下例子显示了包含两个轮廓线的CSV文件
文件头
线段头
线段主体部分
……
线段主体部分
线段头
线段主体部分
……
线段主体部分
线段头
线段主体部分
……
线段主体部分
文件头
线段头
线段主体部分
……
线段主体部分
文件头格式
第一部分标示符
第二部分数据
第三部分可选项
轮廓线名称
最多31个字符
轮廓线描述
最多255个字符
凸轮型式
线周期凸轮或圆周期凸轮
点数
正整数2到4096（直线段可有5000）
线段数
正整数1到100
规范化
是/否
线段第一个起始处导数
带符号小数
默认/自定义
第二个起始位置导数
带符号小数
默认/自定义
线段结尾处第一个导数
带符号小数
默认/自定义
结尾处第二个导数
带符号小数
默认/自定义
主动件运动范围
带符号小数
主动件最低极限位置
带符号小数
从动件运动范围
带符号小数
从动件最低极限位置
带符号小数
线段头格式
第一部分
第二部分
第三部分
线段包含的点数（必须为正整数）
1/2/3/5曲线拟合度
是/否（在线校正功能激活状态）
CSV线段主体部分格式（每一条线段都相同）
第一部分
第二部分
第三部分
第四部分
主动件位置
从动件位置
从动件一阶导数（第五类型）
从动件二阶导数（第五类型）
凸轮文件的参考内存格式
以下内容中定义了凸轮文件的输入输出格式，这种格式可以讲数据输入到特定的文件中。
从文件中输出的数据将以同样的格式输出到基准存储器。
8位LREAL形式的变量
结构
部分
内容
名称
轮廓线名
含32字节，最后一个字节必须是NULL（0X00）。
如果轮廓线名不能用完其余31字节，NULL字符会填满剩余空间
描述
含256字节，最后一字节必须是NULL（0X00）.如果对名称的描述不能用完全部剩余的255字节，NULL字符会填满剩余空间
布尔变量
布尔变量
双字节值（布尔变量描述如下）
列举
凸轮形式
双字节值：
非周期凸轮
（1），线周期凸轮
（2），圆周期凸轮（3）
边界条件
起始边界处一阶导数
LREAL
起始边界处二阶导数
LREAL
终止边界处一阶导数
LREAL
终止边界处二阶导数
LREAL
位置对数目
UINT16
线段数目
UINT16
标准化信息
主动轴工作范围
LREAL
主动轴最低极限位置
LREAL
从动轴工作范围
LREAL
从动轴最低极限位置
LREAL
数据表
线段头
SectorHeaderIndicator（LREAL,NaN）
这个格式要求线段之间要有间隔。
线段头指示器定义为DxFFFFFFFFFFFFFFFF
线段上位置对的数目（UINT16）
拟合类型（直线，二次曲线，三次曲线）
在线校正（BYTE）
第一个位置
第一个主动件位置（LREAL）
第一个从动件位置（LREAL）
（在第四或第五种曲线拟合情况下）第一个从动件的相对速度（LREAL）
（在第五种曲线拟合的情况下）从动件第一个位置的相对加速度（LREAL）
线段上位置对的中间位置处的数据
线段上的最后位置
主动件的终端位置（LREAL）
从动件的终端位置（LREAL）
（在第四或第五种曲线拟合情况下）从动件终端位置处的相对速度（LREAL）
（在第五种曲线拟合情况下）从动件终端位置处的相对加速度（LREAL）
线段头和位置对的样式会随着曲线次数不断重复
布尔变量
对可用的布尔变量的描述
块
描述
0
起始边界处的一阶导数类型：
0默认，1用户定义
1
起始边界处的二阶导数类型：
0默认，1用户定义
2
末尾边界处的一阶导数类型：
0默认，1用户定义
3
末尾边界处的二阶导数类型：
0默认，1用户定义
4
正常化：
0非正常，1正常
5-31
保留的
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