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基于运动控制卡的伺服控制系统开发研究

更新时间:2025-03-22 16:28:15 阅读: 评论:0

2024年1月4日发(作者:岭上云)

『 基于运动控制卡的伺服控制系统开发研究 一 0麓 项小东.白国振 (上海理工大学机械工程学院, 上海 200093) SV—PCI运动控制卡构建“PC+运动控制卡”型开放式数控平台,研究其在伺服控制系统中的应用。利用 为工具进行二次开发。通过调用运动控制卡提供的运动函数库设计伺服控制系统软件。同时给出编程实 伺服控制系统;MFC;运动函数库 关键词:运动控制 ; 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-9492(2010)1 1—0020—03 1引言 随着我国工业的飞速发展。生产领域的自动化程度也 越来越高.日益增长的新型制造技术要求数控系统灵活适 小惯量三相伺服电机。上位控制单元由PC机和运动控制 卡一起组成,PC机主要负责信息流和数据流的管理。控制 卡插在PC机主板上的PCI插槽内。运动控制卡的连接板 与驱动器相连,驱动器控制模式采用编码器速度控制,驱 应多种自动化解决方案…。传统的数字运动控制装置一 般直接采用微机或单片机来实现位置控制,外围电路复 动器接收到运动控制卡发出的脉冲信号,通过内部电路控 制电机运转,并接收电机上的编码器反馈信号调整对电机 的控制,如此构成一个半闭环的伺服控制系统。控制系统 的构成如图1所示。 杂,计算速度慢。近年来,运动控制系统的速度和精度愈 来愈高,使得传统的运动控制系统难以取得满意的控制效 果 。 DSP(数字信号处理器)具有运算速度快的特点,支 持复杂的运动算法.可以满足高精度运动控制的要求_3]。 因此。以DSP为核心的多轴运动控制卡越来越广泛地应用 在运动控制系统中。将多轴运动控制卡插在工控机的ISA 2.2运动控制卡主要功能 运动控制卡负责系统的实时控制。数字式运动控制卡 以DSP芯片为核心。采用目前流行的FPGA设计结构,用 于控制步进电机和数字伺服电机,实现直线、圆弧插补和 或PCI扩展槽上,就可以组成高精度运动控制系统。位置 反馈信号的采集、闭环控制计算及控制量的输出均由运动 控制卡完成,极大地提高了运算速度和控制响应速度,将 工控机的资源从繁琐的数据采集和计算中解放出来.从而 可以更好地实施整个控制系统的管理。本文主要采用PC+ 运动控制卡的方式研究伺服控制系统,利用VisualC++语 言开发运动控制系统的软件。 样条函数等运动控制功能。运动控制卡作为电机的上位单 2控制系统硬件组成 2.1硬件设备的组成 数控系统的硬件主要由以下几个部分构成:PC机、运 动控制卡、伺服驱动器和伺服电机。系统选用的PC机为 研华的工控机.性能稳定。运动控制卡为固高公司的GE一 400一SV—PCI四轴运动控制卡。伺服驱动器和伺服电机采 用的是步科ED一430伺服驱动器+60S一0040—30XXX一4LG 收稿日期:2010—05—31 图1 控制系统构成 [二] Ⅱ 

工业自 元,与计算机构成主从式控制结构。计算机主要完成人机 交互界面的管理、控制系统的检测。计算机通过接口向运 动控制卡发出运动控制指令.包括脉冲和方向信号的输 出、原点和限位开关等信号的检测等.并通过该接口获取 运动控制器的当前状态和相关控制参数。运动控制器实现 轨迹规划、位置控制、主机命令处理和控制器I/O管理。 运动控制器与伺服驱动系统通过转接板连接.并通过编码 器接口,获得运动位置反馈信息,通过4路脉冲输出接口 控制伺服电机实现系统要求的运动[41。控制卡结构及与端 子板连接如图2所示。 图2 控制卡结构及与端子板连接图 3控制系统软件设计 3.1运动控制函数库 运动控制卡在软件方面提供了丰富的运动控制函数 库,以满足应用中的各种要求。用户只需根据控制系统的 图3 系统程序设计流程 3.2.1初始化运动控制卡 控制系统执行程序的第一步就是初始化运动控制卡. 主要用到的控制函数见表1。 具体要求编制相应的人机界面,并且调用控制卡运动函 数库中的指令函数,就可以开发出满足要求的多轴运动 控制系统。运动函数库为单轴及多轴的步进和伺服控制 提供了许多运动函数比如单轴运动、多轴独立运动和多 轴插补运动等等。另外,为了配合运动控制系统的开发, 还提供了一些辅助函数,如中断处理、编码器反馈、间 GT_表1 控制函数名称及功能 甬数 Open() 打开运动控制器 功能说明 隙补偿等[s J 运动控制器提供运动函数库和Windows动态连接库 . 将这些控制函数与数控系统所需的数据处理、界面显示和 GT Reset() C11_LmtSns () 复位运动控制器 设置运动控制器各轴限位开关触发电平 GT HomeSns() 设置运动控制器各轴Home信号触发沿 GT EncSns f) 用户接口等应用程序模块集成在一起,可建造符合特定应 用要求的数控系统。文中在Windows系统下,利用Visual C++6.0的MFC以面向对象的方式进行编程。控制卡在 Windows下的动态库包括头文件ges.h、ges.1ib、和ges.dll。 设置运动控制器各轴编码器计数方向 GTAxisOn() 使能指定控制轴 设置指定控制轴的脉冲输出方式为“脉冲/方向”方式 将指定控制轴设置为闭环控制模式 GTStepDir() _GTCloseLp() 在VC++环境下.选择“Projeet”菜单下的”Settings…” 菜单项,切换到“Link”标签页.在“Object/library mod— ules”栏中输入ges.1ib,用户就可以在Visual C++中调用函 对于PCI总线的运动控制器,调用指令GT Open时不 必指定运动控制器的基地址。调用指令GT_Reset将使运 动控制器的所有寄存器恢复到默认状态。一般在打开运动 控制器之后调用该指令。 3.2.2运动控制 数库中的任何函数.开始编写应用程序。 3.2程序设计 运动控制卡通过接收PC机发出的操作命令,实时控 制伺服驱动器。整个控制系统的工作过程可分为以下几个 部分:启动运动控制卡并初始化、设置运动差数、执行运 动程序、关闭运动控制卡。控制系统程序设计流程如图3。 该运动控制卡可实现点位运动和连续轨迹运动。点位 运动可以进行位置控制或速度控制。在位置控制模式下提 供了2种加减速方式:梯形曲线加减速和S曲线加减速。 [二] Ⅱ 

自动化 梯形曲线加减速允许在运动过程当中随时修改目标位置和 目标速度;S曲线加减速允许在运动过程当中随时修改目 标位置。在加速度相等的情况下梯形曲线具有较短的加减 CString str, UINT hiD 1=GetCheckedRadioButton(IDC—RA. DIO1,IDCRADIO3); —速时问,而S曲线的运动比较平滑。应当针对具体应用场 合选择相应的加减速模式。在速度控制模式下,运动控制 器按照所设定的加速度加速或减速到目标速度.在运动过 CetDlgltemText(nID1,str); if(str=: ) MessageBox(“请选择运动图像”); else if(8tr=--“正三角形”) 程当中可以随时修改目标速度。运动控制器可以实现直线 插补、圆弧捕补,通过前瞻预处理能够实现小线段高速平 滑的连续轨迹运动。 { double a=50; a=a mesmmm; 为了方便地实现多段连续轨迹运动.运动控制器提供 一个大小为8k字的缓冲区 用户可先将部分轨迹描述或 GT_BuflOBit(1,1); GTLnXYG0(0,0); _参数指令存放在该缓冲区中(以缓冲区满为限),然后发 出执行指令。在运动控制器执行缓冲区内轨迹描述指令的 同时,用户可继续向这个缓冲区内下载轨迹描述或参数指 令。运动控制器规定,打开并清空缓冲区后,必须紧接定 G r-LnXY(a,0); GT_LnXY(a/2,0.866 a); LnXY(0,0); GT位运动起点位置指令。 3.2.3状态检测 l GTBufIOBit(1,0); _用户可以从运动控制器提供的状态寄存器读取控制轴 状态、连续轨迹运动状态和指令状态。调用指令 正方形与圆形的编程过程与上述过程类似。运动显示 模块经编译无误后生成可执行文件,执行后如图4所示, GT GetCrdSts读取连续轨迹运动状态寄存器.连续轨迹运 动状态寄存器的bit0指示连续轨迹运动状态。调用指令 GT_与硬件连接后可以实现预先设定的各种运动模式。可以显 示各轴的事实坐标。达到了预期的效果。 GetMode查询运动控制器控制轴的工作模式。通过调 用GT GetAtlPos获得当前轴的实际位置。 4开发编程实例 现以XY两轴运动实现延三角形、正方形以及圆等指 定图形的轨迹运动为例介绍开发过程。首先在Visual C++ 下利用MFC创建一个基于对话框的工程。将ges.h、ges.1ib 添加进工程,在编程时.头文件阜要包含ges.h。然后在对 话框中添加相应的按钮和编辑框 。 首先进行控制卡和各轴的初始化,对相应的按钮添加 消息响应函数,主要应用到如下代码: GT_Open 0://打开运动控制卡设备 GT_Reset 0;//复位运动控制卡 GT LmtsOff 0://关闭当前轴限位开关 GT_CtrlMode 0;//设置输出模拟量为O,脉冲量为1 GT_CloseLp 0://设置为闭环控制 AxisOn 0://使当前轴处于工作状态 —GT ClrSts 0://清除前轴状态 GT_图4 应用程序 启动和停止按钮分别添加代码GTStrtList( ), GT_MvXY();和GT_EStpMtn()。在XY轴实时坐标 5结束语 本文以运动控制卡为核心构建数控系统硬件平台。结 合WindowsXP软件平台.利用VisualC++语言作为开发工 显示中加入坐标映射函数GT_MapAxis(),可以显示出当 前轴的坐标位置。 沿图像轨迹运动示例的主要程序如下: if(str==“取消示例”) 具,介绍了二次开发的全过程并给出了编程实例,完成人 机交互界面的管理和控制系统的实时监控。试验证明 { “PC+运动控制卡”方案控制伺服电机集成度高,可靠性 (下转第92页) 

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标签:运动   控制   控制卡   控制器   轨迹   状态   位置
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