Zyklisch-synchrone Betriebsarten: CSP, CSV, CST
Was sind zyklisch-synchrone Betriebsarten?
Zyklisch-synchrone Betriebsarten (Cyclic Synchronous Modes) sind EtherCAT-basierte Regelungsmodi gemäß CiA 402, bei denen der Master in jedem Kommunikationszyklus einen neuen Sollwert an den Antrieb sendet. Der Master übernimmt die Trajektorienplanung, während der Antrieb die lokalen Regelkreise ausführt.
Warum ist das wichtig?
In der Robotik, bei CNC-Maschinen und Multi-Achs-Systemen reicht es nicht aus, dem Antrieb einfach eine Zielposition zu geben und ihn selbst dorthin fahren zu lassen. Der Master muss die koordinierte Bahnplanung für alle Achsen zentral berechnen und jeden einzelnen Zwischenpunkt an die Antriebe übermitteln:
- Volle Kontrolle über die Bewegungsbahn — komplexe Trajektorien (S-Kurven, Splines, kreisförmige Interpolation) werden im Master berechnet
- Multi-Achs-Synchronisation — alle Achsen erhalten ihre Sollwerte im gleichen Kommunikationszyklus
- Deterministische Ausführung — EtherCAT garantiert die zeitliche Konsistenz der Sollwertübertragung
- Flexibilität — der Master kann jederzeit die Bewegung anpassen, ohne auf den internen Trajektoriengenerator des Antriebs angewiesen zu sein
Wie funktioniert es?
Drei Betriebsarten decken die drei Regelgrößen ab:
CSP — Cyclic Synchronous Position (Mode 8): Der Master sendet Sollpositionen. Der Antrieb führt Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelung aus. Zusätzlich können Velocity Offset (0x60B1) und Torque Offset (0x60B2) als Feedforward-Signale gesendet werden.
CSV — Cyclic Synchronous Velocity (Mode 9): Der Master sendet Sollgeschwindigkeiten. Der Antrieb führt Geschwindigkeits- und Drehmomentregelung aus. Interpolation zwischen den Zyklen sorgt für glatte Verläufe.
CST — Cyclic Synchronous Torque (Mode 10): Der Master sendet Solldrehmomente. Der Antrieb führt nur die Drehmomentregelung aus. Ideal für Kraft-/Impedanzregelung.
Vergleich mit Profile-Modi (PP, PV, PT): In den Profile-Modi (PP=1, PV=3, PT=4) übernimmt der interne Trajektoriengenerator des Antriebs die Bahnplanung. Der Master gibt lediglich ein Ziel und Bewegungsparameter vor. Das ist einfacher, bietet aber keine achsübergreifende Koordination.
Die Modusauswahl erfolgt über das OD-Objekt 0x6060 (Modes of Operation). Modi können im Zustand „Operation enabled“ dynamisch gewechselt werden — vorausgesetzt, alle erforderlichen PDO-Daten sind gemappt.
Wie setzt SOMANET das um?
Alle SOMANET Servoantriebe unterstützen CSP, CSV und CST als primäre Betriebsarten. Der interne Abtastzyklus beträgt 250 µs (4 kHz), die empfohlene EtherCAT-Zykluszeit liegt zwischen 250 µs und 8 ms. Distributed Clocks sorgen für die Synchronisation in Multi-Slave-Systemen.
In CSP-Mode sind drei Reglervarianten verfügbar: Kaskadierter PID, Einfacher PID und Dual-Encoder-Kaskadenregelung. Command Smoothing und Interpolation gleichen langsamere Master-Zykluszeiten aus.
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