VC++運(yùn)動(dòng)控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、VC+運(yùn)動(dòng)控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門：xxx時(shí)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(yùn)動(dòng)控制卡軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在自動(dòng)控制領(lǐng)域，基于 PC和運(yùn)動(dòng)控制卡的伺服系統(tǒng)正演繹著場(chǎng)工業(yè)自動(dòng)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(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛運(yùn)動(dòng)，先進(jìn)控制理論和 DSP技術(shù)實(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái)，以及為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化、開放性等要求，使得基于PC和運(yùn)動(dòng)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(tái)探索研究平面 2-DOF四分之過驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)。平面2-DOFF3分之過驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的本體如圖1，該機(jī)構(gòu)由4個(gè)分支鏈組成，每條支鏈的一段與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)相連，而另一端相交于同一點(diǎn)。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的操作末端有2個(gè)自由度 即X；方向和Y方向的平動(dòng)），驅(qū)動(dòng)輸入數(shù)目為4,從而組成過驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。b5E2RGbCAP圖1機(jī)構(gòu)本體控制系統(tǒng)的硬件主要有4部分組成：PO,四軸運(yùn)動(dòng)控制卡，伺 服驅(qū)動(dòng)器和直流電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)選用的是普通 PCM,固高公司的GT- 400-SV-PCI運(yùn)動(dòng)控制卡，瑞士 Maxo公司的四象限直流伺服驅(qū)動(dòng)器及 直

3、流永磁電動(dòng)機(jī)。伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為4-Q-DCADS50/5與驅(qū)動(dòng)器適配 直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Maxon RE-3s運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。 上位控制單元由PO和運(yùn)動(dòng)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(fù)責(zé)信息流和數(shù)據(jù)流的管理，以及從運(yùn)動(dòng)控 制卡讀取位置數(shù)據(jù)，并經(jīng)過計(jì)算后將控制指令發(fā)給運(yùn)動(dòng)控制卡。驅(qū) 動(dòng)器控制模式采用編碼器速度控制，驅(qū)動(dòng)器接受到運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)RE-35的運(yùn)轉(zhuǎn)，并 接受直流電動(dòng)機(jī)RE-35上的編碼器反饋信號(hào)調(diào)整對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，如 此構(gòu)成一個(gè)半閉環(huán)的直流伺服控制系統(tǒng)。plEanqFDPwM2運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制卡GT-400-SV-PCI可以同步控制4個(gè)軸，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。其核心由 ADSP218數(shù)字信號(hào)處理器和 FPG組成，能實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算?？刂瓶ㄍ瑫r(shí)提供了C語言函數(shù)庫和WindowSF的動(dòng)態(tài)鏈接庫，可實(shí)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(bǔ)周期為200us,單軸點(diǎn) 位運(yùn)動(dòng)最小控制周期為25us;4路16位分辨率模擬電壓輸出信號(hào)或脈沖輸出信號(hào)模擬量輸出范圍：-10V-+10V,每路課獨(dú)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(hào)輸入，最高頻率8MHz(5)四軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；(6)每軸2路限位開關(guān)信號(hào)、一路原點(diǎn)信號(hào)及一路驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)輸入；(7)每軸1路驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)、1路驅(qū)動(dòng)復(fù)位信號(hào)輸出；(8)運(yùn)動(dòng)方式：?jiǎn)屋S點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、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(bǔ)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(jìn)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?？刂平觰GT-400-SV屏聯(lián) 原點(diǎn)、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(dòng)機(jī)PWM動(dòng)基本原理圖4為利用開關(guān)管實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWMB速控制的原理圖和輸入 輸出電壓波形。當(dāng)開關(guān)MOSFET柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓Use T1時(shí)間后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為零。T2時(shí)間后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管重復(fù)前面的動(dòng)作過程。這樣，對(duì)應(yīng)著輸入的點(diǎn)評(píng)高低，直流伺服電動(dòng)機(jī)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(gè)周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。a的變化范圍為0<a<1。由此式可知，當(dāng)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(dá)到調(diào)速的目的。xHAQX74J0X2基于GT-400-SV-PCI卡的軟件設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)彳f編程?？刂瓶ㄔ?WindowSF開發(fā)的底層動(dòng)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(shí)，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(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數(shù)。LDAYtRyKfE2.1 Windows 程序內(nèi)部運(yùn)行原理因?yàn)?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(yùn)行機(jī)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(dòng)方式的程序設(shè)計(jì)模式，主要是基于消息的。當(dāng)用戶需要完成某種功能時(shí)，會(huì)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(duì)列當(dāng)中，最后應(yīng)用程序從消息隊(duì)列中取走消息并進(jìn)行響應(yīng)。Zzz6ZB2Ltk2.2 程序設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制卡接受PCI上發(fā)出的操作命令和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)反饋回的信息，并據(jù)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)操作，直接控制伺服驅(qū)動(dòng)器?？刂瓶刂浦绷麟妱?dòng)機(jī)的過程可分為：打開控制卡并初始化，設(shè)置運(yùn)動(dòng)參數(shù)，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序，關(guān)閉卡?？刂葡到y(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(shí)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(yùn)動(dòng)控制器設(shè)備GT_Reseg復(fù)位運(yùn)動(dòng)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(tái)來設(shè)置，一般只在程序初始化時(shí)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?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制卡要在控制周期內(nèi)完成必要的控制計(jì)算，控制周期不能太小，因此設(shè)定的范圍為48-1966.08us 。運(yùn)動(dòng)控制卡默認(rèn)的控制周期為200us,這個(gè)控制周期對(duì)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(huì)出現(xiàn)不可預(yù)期的后果。rqyn14ZNXI2.2.2 運(yùn)動(dòng)控制模塊該運(yùn)動(dòng)控制卡可以實(shí)現(xiàn)單軸及多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于單軸所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)操作有絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、連續(xù)點(diǎn)動(dòng)、急停緩?fù)?、回零等；?duì)于多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。EmxvxOtOco單軸運(yùn)動(dòng)控制主要用來調(diào)試直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)性能。采用梯形曲線運(yùn)動(dòng)模式，設(shè)置速度、加速度、目標(biāo)位置3個(gè)參數(shù)，通過設(shè)置合適的PIDP空制參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。SixE2yXPq54軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)采用直線插補(bǔ)法，正確的設(shè)置坐標(biāo)映射，合成速度、加速度，再加軌跡設(shè)置命令及目標(biāo)位置，即可實(shí)現(xiàn)四軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制卡通過坐標(biāo)映射函數(shù)GT_M

12、apAxis(shortAxis_Num,double * map_count> 將控制軸由單軸運(yùn)動(dòng)控制模式轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)控制模式。同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡開辟了底層運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)控制模式下，可以實(shí)現(xiàn)多段軌跡快速、穩(wěn)定的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)操作都是相互獨(dú)立的，在控制面板中每個(gè)操作按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的事件。6ewMyirQFL2.2.3 運(yùn)動(dòng)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(dāng)前軸的實(shí)際位置和坐標(biāo)系各軸的坐標(biāo)位置，參數(shù)*Apos返回實(shí)際位置，雙精度參數(shù)*Pnt指向一個(gè)長(zhǎng)度為4

13、的數(shù)組。然后轉(zhuǎn)換成各電動(dòng)機(jī)的實(shí)際角度，并在控制面板上顯示。kavU42VRUs2 編程開發(fā)實(shí)例現(xiàn)以單軸調(diào)試與4軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)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(gè)基于對(duì)話框的Robot2008工程，將GT400.h, GT400.lib添加進(jìn)工程，編程時(shí)要在頭文件里包含頭文件 GT400.h。在對(duì)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(duì)諦框單軸控制模塊，先在OnInitDialog< )中添加如下代碼，進(jìn)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(yùn)動(dòng)”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(yùn)動(dòng)的初始化與單軸情況基本相同，但要加入坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)顯示模塊經(jīng)編譯無