Time Based Profile (Trapezoidal Acceleration)/zh-hans

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概述

本文档介绍了ControlStudio中的新运动分析器。 为了了解新的分析器的特性，我们首先描述当前的分析器实现。

两个分析器基本上都是在路径生成期间改变状态的状态机，并且基于每个状态使用不同的公式来计算分析器输出（位置，速度，加速度）。 这些状态是：加速度增加，加速度饱和，加速度减小，零加速度。可以在运动期间重复一些状态（例如，加速状态，然后是减速状态），并且可以完全省略一些状态（例如，在短暂运动中为零加速）。

这两个分析器之间的主要区别是状态选择算法，即系统从一个状态切换到另一个状态的条件。当前的实现（自版本4.5.25起的固件）主要以速度为基础。这意味着当前速度值是分析器切换到另一状态的主要标准。然而，速度值还不够，因此还要使用附加的内部变量：相位角，目标距离，分析器状态。

Illustration 1: Velocity Based Profiler

Illustration 2: Time Based Profiler

新的分析器（自版本4.5.25起）具有仅基于一个变量（当前时间）的状态变化条件。 离线预计算（这两个分析器都是共同的）将预先计算每个状态的切换时间，这将在状态改变时给出一个简单的条件。

这种方法比基于速度的分析器提供了一些好处。 其中之一是采用 safe SP blending feature.

	基于时间的分析器	基于速度的分析器
RTK load	非常小，因为没有检查制动距离	在每个采样中检查制动距离。
时间离散化 - 样本落在不同阶段之间	无，因为（p，v，a）值仅在当前时间值上计算	我们需要分别计算每个阶段，然后减去
轻松在线改变目标点	需要全部重复预计算	由于制动距离总是被检查，所以它相对来说比较麻烦。
时间驱动事件（即，在特定时间实例（在达到目标点之前）定义事件）	一个简单的内置功能	非常不便于实施，因为我们实际上不知道运动的总执行时间
总执行时间的预测（例如，在SP混合中，防止第二运动在第二次完成之前进入）	一个简单的内置功能	非常不便于实施，因为我们实际上不知道运动的总执行时间

实施细则

语言接口

系统原本只支持两种类型的运动曲线：正弦加速度（SA）和梯形加速度（TV）。用户通过定义平滑因子选择运动曲线：0 - TV，其他一切都是SA配置文件。这是非常直观的，因为梯形加速度（TV）是用户可以选择的最不平滑的配置文件（种类简单）。但是，这对于定义其他配置文件类型非常不方便。 因此引入了新的属性:
<ELEMENT>. PROFILERTYPE

分析器特性

Illustration 3: SA vs TA jerk profile

第一个基于时间的分析器实现的是梯形加速度曲线。 基于时间的分析器提供平滑的速度和位置曲线（“S”曲线）。 与正弦加速度曲线相比，该曲线对于相同的加速度具有减小的加加速度值，并且在加速度曲线中具有一个更多的加加速度不连续点。 然而，考虑到加加速度值也大约降低了三倍（3.14倍），可以假设两个曲线基本相同。 将TA转换为TV是通过减少加速度增加时间到比运动采样时间更短来完成的，与SA轮廓相反，这种变换有时默认地进行（加速时间小于5个样品）。 在该曲线类型中，通过J / A> T保证速度平滑度。

反作用:

The proposed profile (TA) is not able of having a non-zero initial and/or final velocity. This constrain causes the following limitations on use of ProfileType=2:

• The execution of VORD change will be postponed to the first motion entered after its change, i.e., there is no on-line change of velocity command.

• Motion with StartType immediate or fast-immediate is be not allowed with this profile.

• In SP-Blending mode, it will be relatively simple to add a feature that prevents entering a third movement before the second one is complete.

• The new profiler allows introducing time-events prior to motion end.

• Concatenation (Vfinal ≠ 0) – not possible as this type of profiler does not accept nonzero initial and/or final velocities.
  

• BlendingMethod = 1 (Continuous Path) is not be functional with (PrfType = 2). In this case blending is done in profile-following mode where only one motion executes profile and the other just follows it:

• BlendingMethod = 2 (Super-Position) is fully operational.

• BlendingMethod = 3 (AI) is fully functional and independent from selected profile type.

New blending properties

• CurrentTime

• TotalTime

• BlendingStartCondition

• BlendProtected

• 

  Illustration 4: BlendingFactor = 50 BlendProtected = 0

• 

  Illustration 5: BlendingFactor = 50 BlendProtected = 60

• 

  Illustration 6: BlendProtected = 40 and BlendProtected = 0

• 

  Illustration 7: BlendingStartCondition=0 and BlendingStartCondition=1

Coding Issues

Time Based profiler will have three different functional part and this is the same way we have today with the default Velocity based profile:

• Pre-Computation, part where the given user parameters of velocity, acceleration and jerk are transformed into actual operational values.

• Real-time executioner that is called each sampling period and produce next (position, velocity, acceleration) triple.

• Inverse profiler function, routine that computes internal profiler parameter based on given position inside profiler path. In velocity based profile this function is non-trivial, in time based profile this function is much simpler and will be in the form of $t=Profiler^{-1}(p)$. This ability is crucial in implementing BlendProtected feature of the SP blending.

Illustration 4: Trapezoidal Acceleration Profile, possibility of "inverse profiler"

See Also

• Safe SP blending
• Blending Behavior

--Mirko 08:22, 20 December 2010 (CET)