虚拟轴和仿真轴

运动控制-实际轴、虚拟轴和仿真轴的定义

1. 实际轴

实际轴是实际存在的物理轴，通常由电机和驱动装置组成，它是机械系统中的实际运动部分，用于实际驱动机械部件进行运动。通过伺服控制器向电机提供适当的电流或电压信号，控制电机的转动，从而实现精确的位置控制和运动。实际轴控制原理框图如图1所示。

图1 实际轴控制原理图

2. 虚拟轴

虚拟轴是一种通过软件编程模拟的轴，不是实际的物理轴。它在实际机械系统中并不存在，仅存在于控制系统中。虚拟轴用于对多轴协调运动和复杂的运动轨迹进行描述和控制，实现对多个实际轴（跟随轴）的运动进行同步，实现复杂的运动控制和路径规划。

3. 仿真轴

在配置有实际轴的控制系统中，例如，在调试期间，相关硬件组件暂不可用，但需要对设备应用进行具体编程，临时将实际轴配置为仿真轴实现对轴运动的仿真，在仿真调试期间，不会发生轴运动。

下文主要对虚拟轴和仿真轴的功能区别和应用场合进行说明。

虚拟轴功能

S7‑1200 G2 固件 V1.0.2 的运动控制功能 V8.0，可将速度轴、定位轴或同步轴配置为虚拟轴。设定值仅在控制器内进行处理。在这种情况下，绝不会控制实际驱动器。原理图如图2所示。

图2 虚拟轴原理图

1. 虚拟轴计算实际值

• 虚拟轴的实际值直接采用位置和速度的设定值，并具有应用周期延迟。
• 反馈回路和驱动模型未进行仿真。
• 动态滤波器激活。
• 控制回路的配置（速度预控，平衡滤波器和位置控制）未生效。

2. 虚拟轴操作期间的行为

• 在虚拟轴中，可使用工艺对象测量输入、输出凸轮和凸轮轨迹。
• 虚拟轴不会将设定值输出到驱动器中，也不会读取编码器的任意实际值。
• 硬限位开关和零位置开关不产生任何影响。
• 配置的报警响应“取消启用”不会输出到驱动器。

3. 应用场合

• 作为引导轴用于与实际跟随轴的同步应用。
• 适用于使用软件测试轴的运动指令功能。

4. 更改为“虚拟轴”注意事项

之前配置为实轴或仿真轴的工艺对象，如需更改为“虚拟轴”，只能在 CPU STOP 模式下，才能将“虚拟轴”配置下载到 CPU 中。

仿真轴功能

S7‑1200 G2 固件 V1.0.2 的运动控制功能 V8.0，可将速度轴、定位轴或同步轴配置为仿真轴。在仿真模式下， CPU 中无需连接驱动装置和编码器就可以仿真轴的运动。实际值通过控制回路和简化的驱动模型生成。原理图如图3所示。

图3 虚拟轴原理图

1. 仿真轴计算实际值

• 仿真轴的实际值是通过设定值的时间延时生成的。延时时间如图4。
• 对反馈回路和驱动模型进行仿真。
• 动态滤波器激活。
• 控制回路的配置（速度预控，平衡滤波器和位置控制）生效。

_{图4 从实际值到设定值之间的时间延时(Tt)}

2. 仿真轴操作期间的行为

• 在仿真轴中，可使用工艺对象测量输入、输出凸轮和凸轮轨迹。
• 仿真轴不会将设定值输出到驱动器中，也不会读取编码器的任意实际值。
• 硬限位开关和零位置开关不产生任何影响。
• 配置的报警响应“取消启用”不会输出到驱动器。

3. 应用场合

• 例如，对轴进行仿真，从而对设备应用进行具体编程，随后在调试时将其分配给所配置的硬件设备
• 例如，在调试期间，并非所有硬件组件都可用。
• 在调试期间，不可发生轴运动。

4. 更改为“仿真轴”注意事项

激活仿真模式时，在轴配置中无需配置驱动装置和编码器的连接，例如，如果此时驱动装置配置尚不可用。在运行用户程序时，可对“仿真”配置进行更改 <TO>.Simulation.Mode（1= 仿真模式；0= 退出仿真模式）。退出仿真模式时，需对驱动装置和编码器进行有效连接。

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