基于運動控制卡的控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)design and implementation

1、電子發(fā)燒友電子技術基金頒發(fā)部門：自然科學基金委；項目名稱：寬譜 XCT 的投影數(shù)據(jù)模擬以及投影數(shù)據(jù)校正方法的研究；編號：60551003；基金申請人：，；備注：本是基金項目中儀器設備研究科目："X 線機雙能量的設備"的方法研究之一?；谶\動卡的系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)Design and implementation of motion control system based on motion control card1，*1，陳1，2LIU Ye-qing1, DENG Zhen-sheng, CHEN Zhen-cheng, MOU Xuan-qin2（1.中南大學信息物理

2、2.西安交通大學電子與信息生物醫(yī)學工程圖像處理與模式識別，湖南 長沙 410083；，陜西 西安 710049）（1.Institute of Biomedical Engineering, School of Info-Physic and Geomatic Engineering, Central South University, Changsha, Hunan, 410083, China; 2. Institute of Image Processing and Pattern Recognition, TheSchool of Electronic and Information

3、Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shanxi, 710049, China）摘 要：本文介紹了一個基于多軸運動卡的運動系統(tǒng)。該系統(tǒng)以工控計算機、通用操作系統(tǒng)、PCI-8134多軸運動卡及其功能庫函數(shù)為平臺，采用VC+開發(fā)的人機界面，實現(xiàn)了三軸（X，Y，Z軸）能。運動、各個軸的連續(xù)直線運動以及梯形加運動等功：PCI-8134 運動卡；運動；VC+Abstract: In this article, a motion control system based on control card ofmulti-axismov

4、ement was introduced. It is grounded on the industrial computer, the common operation system; a multi-axis motion control card, PCI-8134, and its movement function library, the interface in VC+ Language can be programmed in order to implement the control. The motion control functions include the mov

5、ement of three axes separately; continuous linear movementand T-curve acceleration/deceleration movement of each axes, etc.Key words:motion control ca0 引言ntrol, VC+運動技術的發(fā)展是推動新的產(chǎn)業(yè)的。傳統(tǒng)的數(shù)字運動裝置一般直接采用微機或單片機來實現(xiàn)位置，電路復雜，計算速度慢。近年來，對運動系統(tǒng)的速度和精度的要求愈來愈高，使得傳統(tǒng)的運動系統(tǒng)難以取得滿意的效果，因此急需一種運算速度快、可以滿足高精度運動的。隨著技術的成熟穩(wěn)定，目前市場上出現(xiàn)

6、了種類繁多的運動卡。本研究利用基于PCI總線的PCI-8134多軸運動卡及其功能庫函數(shù)、工控計算機，設計了可多軸的步進電機、按照編程預定的運動軌跡及運動參數(shù)作運動的系統(tǒng)。具有通用性，可方便地移植到各種運動數(shù)控機床的開發(fā)等。系統(tǒng)的開發(fā)中去，例如人、雕刻機及1 基于運動卡的運動系統(tǒng)實現(xiàn)原理或高速 DSP 作為運動運動卡通常采用專業(yè)運動，大多用于機交互界面步進電機或伺服電機。運動卡與 PC 機主從式結構：PC 機的管理和運動軌跡系統(tǒng)的實時等方面的工作，例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、指令的、外部信號的等等；卡完成運動的所有細節(jié)，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測

7、等。運動卡通過板卡接口輸出PC機運算結果的運動脈沖數(shù)和運動方向等信號，經(jīng)過伺服驅(qū)動功率放大器放大后，驅(qū)動步進電機或交流數(shù)字伺服電機轉(zhuǎn)動，再通過滾珠絲杠傳械，驅(qū)動兩軸或三軸精密十字工作臺運動。對于運動目標位置通常有兩種模式：一種模式是采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)* 本文通訊作者：系統(tǒng)模式，另一種是采用交流數(shù)字伺服電機驅(qū)動閉基金名稱：自然科學基金資助項目批準編號：60551003電子發(fā)燒友電子技術環(huán)系統(tǒng)模式。前者因為步進電機每個脈沖的轉(zhuǎn)過的步距角一定并與脈沖數(shù)成正比，在轉(zhuǎn)動一圈的過程中無累積誤差，加上目前具有步距角細分技術的步進電機驅(qū)動器己是成熟技術，因此用開環(huán)系統(tǒng)也能達到一定的精度。后者將光電編碼盤等

8、傳感器檢測的目標位置，經(jīng)由卡反饋至伺服驅(qū)動器，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。如采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)，能實現(xiàn)0.01mm 的位置精度。如采用交流數(shù)字伺服電機及光電編碼盤位置檢測，閉環(huán)反饋系統(tǒng)，則能實現(xiàn)更高的位置精度。2 PCI-8134 運動卡PCI-8134 是基于 PCI 總線的多軸運動地址數(shù)據(jù)復用局部總線，可以同時支持多組功耗、適應性強等特點?？āCI 總線是一種先進的高性能 32/64 位設備，具有高數(shù)據(jù)傳輸率、即插即用、低圖1為 PCI-8134 運動接口PCI9052：系統(tǒng)采用兩片軸一和軸二，另外一片卡的系統(tǒng)結構圖。系統(tǒng)所采用的 PCI與 PCI 總線之間的高速通信；PCL5023 實現(xiàn)運動。PC

9、L5023PCL5023實現(xiàn)對電機的運動進行。其中一片 PCL5023軸三和軸四。通過高頻脈沖驅(qū)動步進電機或者伺服電機，完成預期的速度輸出要求。同一系統(tǒng)中可以同時使用多塊本款運動卡（最多可以使用 12 塊卡，即同時控制 48 個軸），從而達到對多軸的運動，滿足在多種情況下的運動要求。PCI 總線CN3CN4軸 3 軸 4Ext +24 InputCN1CN2OUT DIR+EL,-ELINP, ALM,SVON, RDY圖1 PCI-8134 系統(tǒng)結構圖PCI-8134 能夠產(chǎn)生高頻率的脈沖序列。脈沖序列的頻率電機的轉(zhuǎn)速，脈沖的數(shù)量電機的位置，而差動輸入/輸出信號能夠減少噪聲的影響。指令輸出選

10、項包括 DIR/OUR模式與 CW/CCW 模式。33.1(1)(2)(3)3.2基于PCI-8134運動卡運動實現(xiàn)的主要功能系統(tǒng)的開發(fā)可實現(xiàn)三軸（X,Y,Z軸）運動；可設定各軸的速度參數(shù)實現(xiàn)連續(xù)運動；可設定速度及加基于PCI-8134運動時間參數(shù)做梯形加卡的軟件開發(fā)運動；卡的軟件開發(fā)具有良好的開放性， 用戶可以在DOS、VC、VB基于PCI-8134運動環(huán)境下做軟件開發(fā)。在這里是在Windows XP系統(tǒng)下利用VC + 6.0 的MFC以面向?qū)ο笮芯幊?。底層開發(fā)庫采用了運動卡提供的靜態(tài)庫pci_8134.lib、頭文件pci_8134.h。3.2.1 運動卡的安裝脈沖信號限位信號伺服驅(qū)動通用

11、I/ODC/DCExt +5V out同時啟動/停止PCI5023軸 1 軸 2脈沖輸入:PA, PBPCI9052電子發(fā)燒友電子技術卡PCI插槽中。根據(jù)具體的硬件平臺，可設置卡上的開關，用將PCI-8134運動于設置脈沖輸出信號的信號種類(differential line driver output, open collector output)，限位開關的工作模式(normal open ,normal close)等參數(shù)。3.2.2 卡的初始化在VC+中創(chuàng)建一個基于進工程。框的motion工程，將pci_8134.LIB、頭文件pci_8134.H添加在所建工程的On InitDial

12、og中進行初始化工作，調(diào)用W_8134_initialA( )，用于確認運動卡是否存在并且將其初始化；利用Motion Creator 中的Config Axis 來配置各軸，其中可以設置脈沖輸出的模式，位置反饋的模式，限位開關的工作模式， 伺服信號的使用與否， 中斷信號等配置信息。并將設置好的信息保存，將其存為8134.cfg文件，調(diào)用以下語句來初始化運動卡、配置卡的各種信息：cardno =W_8134_InitialA(&TotalCards);GetSystemDirectory (SysDir, 1024); FStr.Format ("%s", SysD

13、ir); FStr+="8134.cfg"Err=W_8134_Set_Config (FStr.GetBuffer (0); for (i=0; i<TotalCards; i+)W_8134_INT_Enable (i, &hEvent 4*i); W_8134_Set_INT_Control (i, TRUE);SetTimer (1, 100, NULL);至此，通過_8134_set_config()tion Creator 所提供的Configuration窗口轉(zhuǎn)化成為應用程序，按照8134.cfg文件配置了卡的參數(shù)，并設置了定時器。3.2.3 人

14、機用戶界面的設計及相關功能圖2 操作主界面框中添加按鈕，如圖2所示?；谶\動卡在系統(tǒng)的操作主界面。界面上部是X、Y、Z軸的運動響應按鈕，便于各軸的運動。下面是顯示各軸的運動位置。中間是運動模式選項，包括連續(xù)運動和梯形運動。做連續(xù)運動時，各軸以指定初速度、及時間運動到設定的速度，然后開始做連續(xù)勻速運動，直到收到停止命令為止；做梯形運動時，各軸以設定的初速度運動到指定的最大運動速度，隨后并最終停止在設定的位置、初速度的設定。停止按操作功能。上。界面最下方的兩個設定表格是各軸運動速度設定和、鈕用于結束各個軸的運動。按鈕結束程序。此界面主要實現(xiàn)電子發(fā)燒友電子技術3.2.4 運動功能的實現(xiàn)根據(jù)所設計的人

15、機界面以及所需要實現(xiàn)的運動函數(shù)中編程實現(xiàn)。功能，在界面中各個命令按鈕的響應框上端的X、Y、Z軸按鈕時，要從速度設定、其他設定編輯框中各軸相應的運動速度，時間，時間和其初速度，根據(jù)所選擇的運動模式，我們可以選擇性的這些設置，參數(shù)的選擇及運動過程如圖3：預設參數(shù)運動模式參數(shù) 參數(shù)速度初速度速度初速度時時間間X軸 Y軸 Z軸 圖3運動流程實現(xiàn)過程如下：在X (Y、Z) 軸按鈕的單擊用于實現(xiàn)連續(xù)運動模式時三軸的v_stop(axis,Tdec)，停止各軸的運動。這樣就可以隨后做勻速連續(xù)運動直到命令其停止運動為止。v_move(axis,str_vel, max_vel , Tacc)按鈕單擊命令響應函

16、數(shù)中調(diào)用X(Y、Z)軸運動到給定的速度參數(shù)，時間和時間可以是不相等的，在X(Y、Z)軸按鈕單擊事選擇梯形運動模式時，件命令響應函數(shù)中會調(diào)用：start_t_move(axis,dist,str_vel,max_vel,Tacc,Tdec)或者start_ta_move(axis, pos, str_vel , max_vel, Tacc,Tdec)。這樣就可以各軸以設定的初速度運動到指定的最大運動速度，隨后并最終停止在設定的位置上。在CMotionDlg中添加成員變量m_pos, m_pos1, m_pos2, m_speed，并作原型說明。然后添加對WM_TIMER消息響應的函數(shù)OnTime

17、r，并在函數(shù)中添加get_position (axis,&pos)獲取X、Y、 Z軸的邏輯位置以用于在編輯框中顯示各軸的運動位置，更新時間為100ms。最后在“”按鈕響應函數(shù)中添加代碼:W_8134_Close(cardno) ; CMotionDlg: OnCancel ( );經(jīng)編譯無誤后，生成可執(zhí)行文件，執(zhí)行后如圖2所示。與硬件連接后可以實現(xiàn)對步進電機的準確，可以實時讀出邏輯位置，達到了預期效果。4結論本文所提出的基于PCI_8134多軸運動卡的運動系統(tǒng)與硬件連接后可以通過人機界面實現(xiàn)對步進電機的準確，實時讀出邏輯位置，達到了預期效果。硬件連接簡單，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，并滿

18、足開放性要求，具有強大的二次開發(fā)功能，便于開發(fā)者開發(fā)滿足需求的應用軟件。因此在此基礎上，開發(fā)者可以進一步開發(fā)基于本卡的豐富的工業(yè)軟件，如實際生產(chǎn)的運動系統(tǒng)中，可以將任意的圖形轉(zhuǎn)化為實際的運三軸位置實時顯示梯形運動連續(xù)運動電子發(fā)燒友電子技術動位置，這對工程中的雕刻、印刷等工藝流程很有意義。該軟件具有良好的人機交互界面及良好的實用性，適應性，可移植性。本文作者創(chuàng)新點：本文采用基于PCI總線的PCI-8134多軸運動卡作為運動系統(tǒng)的，克服了傳統(tǒng)數(shù)字運動裝置電路復雜，計算速度慢等缺陷，實現(xiàn)了高運算速度、高精度的運動發(fā)中去。參考文獻。此外，具有通用性，可方便地移植到各種運動系統(tǒng)的開1234.基于PC的步

19、進電機多軸運動策略研究J.機床與,2004(8):55-56.基于工控PC和Windows98的四軸位置系統(tǒng)的設計J.工業(yè)計算機,2002,15(4):3537.,琦.基于PC的數(shù)控系統(tǒng)多軸運動器設計J.機械制造與自動化,2005,35(3):117-119.PCI總線技術在運動卡中的應用J.儀器儀表學報, 2005,(8).系統(tǒng)J.儀表技術,2007,4:43-47.人智能切割系統(tǒng)J.微計算機信息,2005,8-3:9597.5基于PC和運動卡的開放式運動678,須,.PC機作者簡介：.基于運動卡的,.基于PCI-9052的運動卡的研發(fā)J.微計算機信息,2006,5-1:143145.的多軸伺服運動系統(tǒng)的研究