VC++運動控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計

1、VC+運動控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計部門：xxx時問：xxx制作人：xxx整理范文，僅供參考，可下載自行修改基于VC+勺運動控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計在自動控制領(lǐng)域，基于 PC和運動控制卡的伺服系統(tǒng)正演繹著場工業(yè)自動化的革命。目前，常用的多軸控制系統(tǒng)主要分為3 大塊：基于PLC的多軸定位控制系統(tǒng)，基于 PC_based的多軸控制系統(tǒng)和基于總線的多軸控制系統(tǒng)。由于PC 機在各種工業(yè)現(xiàn)場的廣泛運動，先進控制理論和 DSP技術(shù)實現(xiàn)手段的并行發(fā)展，各種工業(yè)設(shè)備的研制和改造中急需一個運動控制模塊的硬件平臺，以及為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標準化、柔性化、開放性等要求，使得基于PC和運動控制卡的伺服系統(tǒng)備受青睞。本文主要是利用

2、VC+6.0 提供的MFC應(yīng)用程序開發(fā)平臺探索研究平面 2-DOF四分之過驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的運動控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)。平面2-DOFF3分之過驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的控制系統(tǒng)組成并聯(lián)機構(gòu)的本體如圖1，該機構(gòu)由4個分支鏈組成，每條支鏈的一段與驅(qū)動電動機相連，而另一端相交于同一點。該并聯(lián)機構(gòu)的操作末端有2個自由度 即X；方向和Y方向的平動），驅(qū)動輸入數(shù)目為4,從而組成過驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)。b5E2RGbCAP圖1機構(gòu)本體控制系統(tǒng)的硬件主要有4部分組成：PO,四軸運動控制卡，伺 服驅(qū)動器和直流電動機。系統(tǒng)選用的是普通 PCM,固高公司的GT- 400-SV-PCI運動控制卡，瑞士 Maxo公司的四象限直流伺服驅(qū)動器及 直

3、流永磁電動機。伺服驅(qū)動器型號為4-Q-DCADS50/5與驅(qū)動器適配 直流電動機型號為Maxon RE-3s運動控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。 上位控制單元由PO和運動控制卡一起組成，板卡插在 PO主板上 的PCI插梢內(nèi)。PO主要負責信息流和數(shù)據(jù)流的管理，以及從運動控 制卡讀取位置數(shù)據(jù)，并經(jīng)過計算后將控制指令發(fā)給運動控制卡。驅(qū) 動器控制模式采用編碼器速度控制，驅(qū)動器接受到運動控制卡發(fā)出 的模擬電壓，通過內(nèi)部的PWM路控制直流電動機RE-35的運轉(zhuǎn)，并 接受直流電動機RE-35上的編碼器反饋信號調(diào)整對電動機的控制，如 此構(gòu)成一個半閉環(huán)的直流伺服控制系統(tǒng)。plEanqFDPwM2運動控制系統(tǒng)組成1.1

4、 GT-400-SV控制卡介紹固高公司生產(chǎn)的GT1列運動控制卡GT-400-SV-PCI可以同步控制4個軸，實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運動。其核心由 ADSP218數(shù)字信號處理器和 FPG組成，能實現(xiàn)高性能的控制計算?？刂瓶ㄍ瑫r提供了C語言函數(shù)庫和WindowSF的動態(tài)鏈接庫，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。主要功能如 下：DXDiTa9E3d(1) PCI總線，即插即用；(2)可編程伺服采樣周期，4軸最小插補周期為200us,單軸點 位運動最小控制周期為25us;4路16位分辨率模擬電壓輸出信號或脈沖輸出信號模擬量輸出范圍：-10V-+10V,每路課獨立控制，互不影響；RTCrpUDGiT(4) 4路四倍頻增量編碼

5、器輸入，作為各軸反饋信號輸入，最高頻率8MHz(5)四軸協(xié)調(diào)運動；(6)每軸2路限位開關(guān)信號、一路原點信號及一路驅(qū)動報警信號輸入；(7)每軸1路驅(qū)動使能信號、1路驅(qū)動復(fù)位信號輸出；(8)運動方式：單軸點位運動、直線插補、圓弧插補、速度控 制模式、電子齒輪模式；(9) PID比例-積分-微分)數(shù)字濾波器，帶速度和加速度前 饋，帶積分限值、偏差補償和低通濾波器；(10)支持DOS WindowsNT/2000/X年操作系統(tǒng)，提供底層庫函數(shù)，可用DOS VC V贊進行軟彳開發(fā)。5PCzVD7HxA控制卡結(jié)構(gòu)及端子板的接口如圖3所示。控制接uGT-400-SV屏聯(lián) 原點、限位信出接安CN13CN12T

6、T扁平線2接口CN14端子板CN10 CN4 CN9 CN11 口口轉(zhuǎn)接板3_ _JcN3 |CN5CNfiCN7端了我電源接口4軸專用輸入輸出接口圖3控制卡結(jié)構(gòu)及與端子板接n圖1.2直流永磁電動機PWM動基本原理圖4為利用開關(guān)管實現(xiàn)直流電動機PWMB速控制的原理圖和輸入 輸出電壓波形。當開關(guān)MOSFET柵極輸入高電平時，開關(guān)管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓Use T1時間后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動機電樞兩端電壓為零。T2時間后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管重復(fù)前面的動作過程。這樣，對應(yīng)著輸入的點評高低，直流伺服電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖4b所示。 jLBHrnAIL

7、g占空比a表示了在一個周期T里，開關(guān)管導通的時間與周期的比值。a的變化范圍為0<a<1。由此式可知，當電源電壓Us變的情況 下，電樞繞組兩端的電壓平均值 UOX決于占空比a的大小，改變a的 值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的。xHAQX74J0X2基于GT-400-SV-PCI卡的軟件設(shè)計GT-400-SV空制卡具有良好的開放性，用戶可以再 DOS VCVR Delphi環(huán)境下進行軟件開發(fā)。文中是在Windows200面統(tǒng)下利用Visual C+6.0的MF©面向?qū)ο蠓绞竭M彳f編程?？刂瓶ㄔ?WindowSF開發(fā)的底層動態(tài)庫包括頭文件GT400.h， GT40

8、0.lib 和 GT400.dll 。在VC+環(huán)境中使用時，選擇Project Setting Link ,在 Object/Library modules 中輸入 GT400.lib ，然后就可以在程序中調(diào) 用動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)。LDAYtRyKfE2.1 Windows 程序內(nèi)部運行原理因為 Visual C+6.0 是Window肝發(fā)語言，所以用 Visual C+6.0開發(fā)程序之前首先需要弄清楚 Window序內(nèi)部運行機制。在Window酬境下的軟件開發(fā)是完全不同于 DO*的，它是一種事件驅(qū)動方式的程序設(shè)計模式，主要是基于消息的。當用戶需要完成某種功能時，會調(diào)用操作系統(tǒng)的某種支持，然后

9、操作系統(tǒng)將用戶的需要包裝成消息并投遞到消息隊列當中，最后應(yīng)用程序從消息隊列中取走消息并進行響應(yīng)。Zzz6ZB2Ltk2.2 程序設(shè)計運動控制卡接受PCI上發(fā)出的操作命令和運動控制系統(tǒng)反饋回的信息，并據(jù)其進行實時的運動操作，直接控制伺服驅(qū)動器?？刂瓶刂浦绷麟妱訖C的過程可分為：打開控制卡并初始化，設(shè)置運動參數(shù)，執(zhí)行運動程序，關(guān)閉卡。控制系統(tǒng)流程圖如圖5所示。dvzfvkwMI1圖5控制程序流程圖2.2.1 卡的初始化卡的初始化應(yīng)在程序開始時就執(zhí)行，主要用到的控制函數(shù)見表1。表1函數(shù)名稱及功能名稱功能GT_Open;打開運動控制器設(shè)備GT_Reseg復(fù)位運動控制器GT_SetSmplTm<設(shè)

10、置控制周期GT_LmtSns<)設(shè)置限位開關(guān)的有效電平設(shè)置編碼器的記數(shù)方向GT_CloseLp<)設(shè)置為閉環(huán)控制GT_CtrlMode<)設(shè)置輸出模擬量/ 脈沖量GT_EncSns)<以上參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體的硬件平臺來設(shè)置，一般只在程序初始化時設(shè)置一次，以后不應(yīng)再設(shè)置。另外，控制周期的設(shè)定GT_SetSmplTm(double Timer>, 參數(shù)Timer的單位是us。因為運動控制卡要在控制周期內(nèi)完成必要的控制計算，控制周期不能太小，因此設(shè)定的范圍為48-1966.08us 。運動控制卡默認的控制周期為200us,這個控制周期對于普通的用戶能夠安全可靠地工作。一般情

11、況下，在程序中不應(yīng)改變控制周期值，否則會出現(xiàn)不可預(yù)期的后果。rqyn14ZNXI2.2.2 運動控制模塊該運動控制卡可以實現(xiàn)單軸及多軸協(xié)調(diào)運動。對于單軸所執(zhí)行的運動操作有絕對運動、連續(xù)點動、急停緩?fù)?、回零等；對于多軸協(xié)調(diào)運動有直線插補和圓弧插補。EmxvxOtOco單軸運動控制主要用來調(diào)試直流電動機運動性能。采用梯形曲線運動模式，設(shè)置速度、加速度、目標位置3個參數(shù)，通過設(shè)置合適的PIDP空制參數(shù)，使電動機運動達到系統(tǒng)設(shè)計要求。SixE2yXPq54軸協(xié)調(diào)運動采用直線插補法，正確的設(shè)置坐標映射，合成速度、加速度，再加軌跡設(shè)置命令及目標位置，即可實現(xiàn)四軸協(xié)調(diào)運動。運動控制卡通過坐標映射函數(shù)GT_M

12、apAxis(shortAxis_Num,double * map_count> 將控制軸由單軸運動控制模式轉(zhuǎn)換為坐標系運動控制模式。同時運動控制卡開辟了底層運動數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在坐標系運動控制模式下，可以實現(xiàn)多段軌跡快速、穩(wěn)定的連續(xù)運動。這些運動操作都是相互獨立的，在控制面板中每個操作按鍵對應(yīng)一個獨立的事件。6ewMyirQFL2.2.3 運動狀態(tài)顯示模塊通過調(diào)用GT_GetAltPos(long * Apos> 和 GT_GetPrfPnt(double* Pnt> 分別獲得當前軸的實際位置和坐標系各軸的坐標位置，參數(shù)*Apos返回實際位置，雙精度參數(shù)*Pnt指向一個長度為4

13、的數(shù)組。然后轉(zhuǎn)換成各電動機的實際角度，并在控制面板上顯示。kavU42VRUs2 編程開發(fā)實例現(xiàn)以單軸調(diào)試與4軸協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)直線和圓軌跡為例具體介紹開發(fā)過程：打開 Visual C+6.0 ,利用 MFC AppWizardexe創(chuàng)建一個基于對話框的Robot2008工程，將GT400.h, GT400.lib添加進工程，編程時要在頭文件里包含頭文件 GT400.h。在對話框中添加按鈕和編輯框等操作見圖6。 y6v3ALoS89_lh .SrJjKi-nS nlikf 23 gh片 I：aiirrnrriASJBE JI Vt.Z -1 J - JL_JI«nbrflllKF 3國刊

14、網(wǎng)HIDE jaCUTMHJZFd lU.E IIro加白口就KIM n乩UG-I品H l 五1TL-1 Ljm ljJTTfG而：iIrie：fi由事舊版Hl fff sIM »1 IE；LiyH «1 J=叫* R圖6設(shè)置對諦框單軸控制模塊，先在OnInitDialog< )中添加如下代碼，進行初始化工作：GT_Open(GT_Reset(。GT_LmtsOff(。GT_AlarmOff(。GT_CtrlMode(0。GT_CloseLp(。在CRobot2008Dlg中添加成員變量m_Kp,m_Ki,m_Kd,m_Pos,m_Vel,m_A新作原型說明。然后在“

15、單軸運動”按鈕添加BN_CLICKED息響應(yīng)的函數(shù)M2ub6vSTnPOnButtonSrtMov<),并在函數(shù)中添加如下代碼:GT_Axis(。GT_AxisOn(。GT_ZeroPos(。GT_PrflT( 。GT_SetKp(m_Kp GT_SetKi(m_Ki。GT_SetKd(m_Kd GT_SetPos(m_PosGT_SetVel(m_Vel。GT_SetAcc(m_Acc。GT_Update(。最后在“單軸停止”按鈕BN_CLICKEBD應(yīng)函數(shù)OnButtonStop)中添加代碼：GT_AxisOff( 。GT_Close(。四軸協(xié)調(diào)運動的初始化與單軸情況基本相同，但要加入坐標映射函數(shù)GT_MapAxis(short Axis_Num,double *map_count 。0YujCfmUCwdouble cnt15=1,0,0,0,0。double cnt25=0,1,0,0,0。double cnt35=0,0,1,0,0。double cnt45=0,0,0,1,0。GT_MapAxis(1,cnt1> 。GT_MapAxis(2,cnt2>GT_MapAxis(3,cnt3>。GT_MapAxis(4,cnt4>。GT_MvXYZA(0,0,0,0,1,0.01> 。前文已提到，運動顯示模塊經(jīng)編譯無