PCL839控制卡在工作台速度控制中的应用

编号： 题 目： PCL839控制卡 在工作台速度控制中的应用 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 R工程设计 工程技术研究 软件开发 摘 要本课题是在Windows环境下采用Visual Basic开发精密工作台的控制软件。软件界面简洁、美观，使用方便。本软件具备高速运动控制的基本功能。通过它不仅可以实现精密工作台的开环和梯形速度曲线控制，还能使工作台的最高运动速度达到工作台机电系统的最大运动速度。为了使精密工作台运行平稳、定位精度高，系统硬件的控制部分主要是采用研华IPC工控机和PCL839步进电机控制卡。PCL839的利用提高了整个运动控制系统的整体性能，使之成为控制系统的关键控制部件。系统的软件部分采用Visual Basic 6.0进行编译。首先，设计了面向用户的友好化界面；其次，对精密工作台的开环控制进行编程，使之实现梯形速度运动变化曲线；第三，Visual Basic 通过839p.bas调用Ads839p.dll的内部函数，对PCL839的寄存器进行读写操作，实现I/O端口的输入和输出。最后通过VB皮肤包对用户界面美化，生成最终的EXE可执行文件。经过本课题的研究与设计，基本上解决了计算机和精密工作台之间的衔接问题。使用户能简单快捷的对工作台的运动速度进行控制。用户通过本软件，不仅可以实现精密工作台的开环和梯形速度曲线控制，还能使工作台的最高运动速度达到工作台机电系统的最大运动速度。本课题可用于教学实验，它能够使人直观地了解精密工作台的组成和梯形速度曲线的原理。所以开发设计和研究精密工作台有广泛的实际意义和应用前景。关键字：精密工作台；PCL839；55BF003步进电机；滚珠丝杠；BQD-443驱动器AbstractThis paper introduced a control software developed using Visual Basic in the Windows environment, which controls a precise machine table. The interface is simple, elegant, and easily to use. The software is biased with the high-speed motion control functions. It not only can get a speed curve of the machine table open-loop control, but also but also enable the table to reach the maximum velocity of the largest electro-mechanical systems.In order to get a smooth and high accuracy positioning operation. The system hardware use Advantech IPC and PCL839. The using of PCL839 improves the whole system activity. Which makes itself been a key part of the controlling system.The software of the system was edited by Visual Basic. First of all, design a user-friendly interface; secondly, edit an open-loop control system to make the table a trapezoidal speed curve movement; thirdly, operate PCL839 register reading and writing make the I/O could input and output data though the function of Ads839p.dll using 839p.bas which in Visual Basic language. Finally, beauty user interface using VB skin package and generate the final EXE file. User through this software，It not only can get a speed curve of the machine table open-loop control, but also but also enable the table to reach the maximum velocity of the largest electro-mechanical systems. After the research and design the communication problem between computer and precise machine table has been solved in some degree. The user could control the speed of precise machine table quickly and easily. Users through this software，It not only can get a speed curve of the machine table open-loop control, but also but also enable the table to reach the maximum velocity of the largest electro mechanical systems.This topic is applied to teaching experiments, It can make the person directly to understand Principle of machine table, trapezoidal speed curve, etc. Therefore, to development, design and research the manipulator has extensive practical significance and application prospect.Keywords：PCL839：55BF003 Stepping Motor ; Ball screws ; BQD-443 drive目 录引言11 系统方案21.1 系统要求21.2 系统方案总分析21.3 PCL839控制工作台系统的硬件选用31.4 PCL839控制工作台系统的软件设计方案42 系统硬件分析62.1 硬件的控制部分分析62.1.1 55BF003反应式步进电机62.1.2 步进电机驱动器82.1.3 PCL839控制卡102.2 机械本体分析132.2.1 滚珠丝杠副132.2.2 导杆142.2.3 支承152.2.4 机座153 系统软件设计163.1 本系统软件设计思想163.2 本系统的软件设计163.2.1 PCL839 的寄存器163.2.2 研华Ads839p.dll动态链接库213.2.3 VB皮肤包223.3 用户界面设计223.4 软件的程序设计233.5 应用软件对精密工作台的控制313.5.1 精密工作台的梯形速度曲线控制313.5.2 精密工作台最大运动速度的实现323.6 应用软件的使用说明324 结论34谢 辞35参考文献36 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第36页 共36页引言精密工作台系统在近代工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。目前已广泛应用于测量、激光焊接、涂胶、打孔、插件、小型数控机床、射线扫描、雕铣机及实用教学等场所。精密工作台性能的好坏直接影响精密加工水平、精密测量水平哈超大规模集成电路生产水平。同时它的各项技术指标是各国高技术发展水平的重要标志。精密工作台的执行部件可以选择步进电机和直流电机。步进电机它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。步进电机很容易用微机实现数字控制，它被广泛应用于开环结构的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得交稿的位置精度。直流电机具有较高的响应速度、精度和优良的控制特性。所以直流电机多用于精密工作台的闭环控制。本系统的主要是对精密工作台的运动控制。系统采用步进电机有很多优点。首先，工作台的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响精密工作台的正常工作；其次，步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差为“零”，不会使工作台长期积累误差；第三，控制性能好在起动、停止、反转时不易“丢步”。系统的硬件控制部分主要是采用研华IPC工控机和PCL839步进电机控制卡。在基于 IPC 的机电一体化运动控制系统中，运动控制卡是关键控制部件之一，充分利用运动控制卡的软硬件资源，能够提高整个运动控制系统的性能。本课题在对 PCL839步进电机运动控制卡进行分析的基础上，将其应用与单轴精密工作台的步进电机高速运动控制。系统的软件部分采用Visual Basic 6.0为编程主体。通过Visual Basic 6.0设计用户界面和程序代码。Visual Basic 6.0本身不能对I/O端口操作，但Visual Basic 6.0可以通过839p.bas调用Ads839p.dll的函数就，就可以对PCL839的寄存器进行读写操作。再通过VB皮肤包使用户界面得以美化，最终生成EXE可执行文件。1 系统方案1.1 系统要求(1) 以PCL839+步进电机控制卡和工控微机为控制平台，采用Visual Basic开发步进电机高速运动控制的应用程序。要求用户界面简洁、美观、使用方便，软件具备高速运动控制的基本功能。(2) 最高运动速度达到工作台机电系统能够达到的最大运动速度，工作台运行平稳。(3)步进电机采用开环和梯形速度曲线控制。1.2 系统方案总分析精密工作台的运动速度与步进电机的转速和丝杆的导程有关。如果工作台的丝杆选定后，工作台的速度就只受步进电机控制了。所以对精密工作台的控制实际上就是对步进电机的控制。精密工作台要达到其最大速度，只需通过步进电机控制器输出一定的脉冲频率来控制步进电机的转速即可。图1-1 步进电机的速度曲线精密工作台采用梯形速度曲线控制。如图1-1所示，梯形速度曲线一般包括“启动加速高速运行（匀速）减速停止”五个阶段，如果移动的距离很短则为三角形速度特性。步进电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，加速度的设置保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度（等于或稍大于启动速度）。步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，通常采用梯形速度曲线。本系统通过VB设置步进电机控制卡的参数，然后通过控制卡输出脉冲来实现步进电机的梯行速度曲线。所以本课题的方案流程为：首先通过VB应用软件控制步进电机控制卡输出脉冲，脉冲信号再经过驱动电路放大，然后驱动步进电机运转。步进电机带动丝杠旋转，使工作台拖到负载做直线运动。具体结构如图1-2所示。图1-2 工作台开环控制原理图1.3 PCL839控制工作台系统的硬件选用本课题要求控制工作台的运动，其实是对步进电机的开环控制。不管是控制那一种类型的步进电机，其开环运动控制系统的组成都是相似的。如图1-3所示，硬件主要由控制部分和机械本体部分。其中控制部分又包括主控机、控制器、步进电机驱器和步进电机四部分组成。机械本体部分是指精密工作台，其要包括机座、支撑、滚珠丝杠和联轴器。主控机按照要求发出相应指令，控制器接收指令，并根据指令向进给电机发出控制信号，电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动电机的电信号，实现正、反转控制和定位控制。同时上位机检测下位机的各种状态信号，进行诊断和处理。对于步进电机，必须使用专用的驱动器才能够正常工作。步进电机作为执行元件带动丝杠旋转，从而使工作台做直线运动。本系统各部分硬件选用如下。 （1）主控机采用研华工控机作为整个系统的控制核心。利用工控机性能稳定、抗干扰能力强、价格便宜、和商用PC机功能比较兼容的诸多优点，可加快整个系统的硬件开发周期、软件开发周期。实验室可提供研华工控机一台，如采用单片机开发，硬件系统和操作系统都要自己设计，不但要增加开发周期和开发成本，而所开发的软件系统的移植性很差。 （2）步进电机控制部分采用研华的PCL839+步进电机控制卡。PCL839+有自己的CPU，有三个独立的脉冲发生器，能同时单独控制三根轴。它简化了步进电机的控制,提高了步进电动机的性能。本课题是对一维工作台进行速度控制。所以只需用到PCL839+的一个通道即可。（3）步进电机驱动电器可以采用常州市常宁电子仪器厂生产的BQD-344。BQD-344包含了功率放大和细分作用。因为实验室提供BQD-344，所以才有BQD-344既能满足驱动要求，又缩短了系统的开发周期。 （4）步进电机是采用宝马集团常州电讯电机厂生产的55BF003型反应式步进电机。（5）系统机械本体部分是一台由实验室提供的一维精密工作台。图1-3 系统硬件组成1.4 PCL839控制工作台系统的软件设计方案 本系统的软件部分主要采用Visual Basic 6.0、VB皮肤和Ads839p.dll（PCL839的动态链接库）来设计。软件设计思路如图1-4所示，在程序方面VB通过839p.bas调用Ads839p.dll对工作台进行输入/输出编程，在界面方面通过在VB的窗体中那个加入VB皮肤包，来美化软件的界面。软件设计基于IPC平台下采用Visual Basic 6.0进行编程，增加软件的可移植性。Visual Basic 6.0易于可视化程序设计，其设计的用户界面简洁、美观、使用方便。Visual Basic 6.0虽然有较丰富的图形界面设计能力，本身却没有提供直接对计算机外设进行底层操作的语句或是函数，缺乏对I/O端口的输入输出操作功能，因此无法对PCL-839+卡进行读写。但VB提供了调用动态链接库的能力，PCL839+卡提供的Ads839p.dll动态链接库文件，提供了对PCL839+的相关口地址的读写操作函数。在VB中声明后，就可直接调用Ads839p.dll的库函数，实现主机与PCL-839+卡的数据通讯。 图1-4软件设计思路2 系统硬件分析本课题硬件主要由控制部分和机械本体部分。其中控制部分又包括55BF003步进电机、BQD-344驱动器、PCL-893+控制卡、研华工控机四部分组成。机械本体部分是指精密工作台，其要包括机座、支承、滚珠丝杠和联轴器。2.1 硬件的控制部分分析 本系统硬件的控制部分以由实验室提供，在此只对各个部件进行分析。2.1.1 55BF003反应式步进电机步进电机作为执行元件，是系统的关键部分之一。本系统主要采用宝马集团常州电讯电机厂生产的55BF003型反应式步进电机。本节将对反应式步进电机的原理、55BF003参数和连接方式进行分析。（1）反应式步进电机工作原理 如图2-1为3相反应式步进电机，其定子铁芯为凸极式，共有三对（六个 ）磁极每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组。子用软磁性材料制成，也是凸极结构，只有四个齿，齿宽等于定子的极靴宽。下面通过几种基本的控制方式来说明其工作原理。图2-1 步进电机的原理图三相单三拍通电方式当A相控制绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子的1、3的轴线与定子A相极轴线对齐，如图 2-1（a）所示 。若A相控制绕组断电，B相控制绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，逆时针方向转过30，使转子齿2、4 的轴线与定子B相极轴线对齐，即转子走了一步，如图 2-1（b所示，若再断开B相，使C相控制绕组通电，转子又转过30 ，使转子齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐，如图2-1（c）所示，如此按A -B C-A的顺序轮流通电，转子就会一步一步地按逆时针方向转动。其转速取决于各相控制绕组通电与断电的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。若按A-C-B-A的顺序通电，则电机按顺时针反方向转动。 三相双三拍通电方式控制绕组的通电方式为AB-BC-CA-AB 或AB-CA-BC-AB。每拍同时有两相绕组通电，三拍为一个循环。当A、B两相控制绕组同时通电时，转子齿的位置应同时考虑到两对定子极的作用，只有A相极和相极对转子齿所产生的磁拉力相平衡，才是转子的平衡位置 如图2-2（a）所示。若下一拍为B、C两相同时通电时，则转子按逆时针转过30到达新的平衡位置，如图2-1（b）所示。可见，双三拍运行时的步距角仍是 30。但双三拍运行时，每一拍总有一相绕组持续通电，例如由A 、B两相通电变为B 、C两相通电时，B相保持持续通电状态。C相磁拉力力图使转子逆时针方向转动，而B相磁拉力却起有阻止转子继续向前转动的作用，即起到一定的电磁阻尼作用，所以电机工作比较平稳。而在三相单三拍运行时，由于没有这种阻尼作用，所以转子达到新的平衡位置容易产生振荡，稳定性不如双三拍运行方式 。（2）55BF003步进电机的参数和性能55BF003步进电机的基本参数如表2-1下面只介绍它的步进角、相数和保持转矩。表2-1：55BF003参数型号相位电压（V）电流（A）步距角（DEG）空载启动频率保持转矩（N.m）55BF00332731.5/318000.666电机固有步距角，它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值。本课题所用的55bf003型电机给出的值为1.5/3（表示半步工作时为1.5、整步工作时为3），电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角还和驱动器有关。步进电机的相数：步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。55BF003电机为为其3相数电机，本系统没有细分电路，所以电机的实在相数还为3。 保持转矩 保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。55BF003步进电机的启动转矩为0.666N.m。（3）矩频特性是电机的重要特性。如图2-2为55BF00的矩频特性曲线。随着脉冲频率上升，转子转速升高，在控制绕组中将产生附加旋转电动势，并形成附加电流，使电机受到电磁阻尼作用，致使电机的电磁转矩进一步减小，当脉冲频率上升到一定数值后，电机便带不动任何负载，轻则电机会失步，重则停转。图2-2 55BF003的矩频特性曲线（4）55bf003接线方式本课题主要采用宝马集团常州电讯电机厂生产的55bf003型反应式步进电机。55BF003型步进电机的出线方式为航空导线直接出现，红色端为首端A、B、C;然后用万用表电阻档分别测出相对应的末端认-A、-B、-C。图2-3为55BF003接线方式。图2-3 55BF003接线方式2.1.2 步进电机驱动器步进电动机需要由专门的驱动电源供电，驱动电源和步进电动机是一个有机的整体，步进电动机的运行性能是电动机及其驱动电源二者配合所反映的综合效果。本系统的驱动器采用常州市常宁电子仪器厂生产的BQD-344。本节将分析BQD-344电机驱动器。（1）BQD-344它应满足驱动55BF003反应式步进电机的基本要求它的相数、通电方式、电压和电流都要与所驱动的步进电动机相匹配：它满足步进电动机起动频率和连续运行频率的要求：能最大限度地抑制步进电动机的振荡：BQD-344工作可靠、抗干扰能力强：成本低、效率高、安装维护方便。 （2）BQD-344驱动电源的组成步进电动机的驱动电源由变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三部分组成 如图2-4所示。变频信号源是一个脉冲信号发生器，脉冲的频率可以由几赫兹到几十千赫兹连续变化。实现这一功能的电子线路很多 最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的张弛振荡器两种。脉冲放大器是要进行脉冲功率的放大。因为从脉冲分配器能够输出的电流很小（毫安级），而步进电动机工作时需要的电流较大（一般几安到几十安）。因此，需要进行功率放大。功率放大电路的种类多，它们对电机性能的影响也各不相同。脉冲放大器是每相绕组一套。图2-4 驱动电源方框图BQD-344为单电压驱动方式。图2-5所示为BQD-344的一相控制绕组驱动电路的原理图，对于55BF003的控制信号，采用单脉冲控制方式。所有控制信号从上层端子输人，并通过光藕隔离，采用共阳极接法。为确保内置光藕能可靠导通，要求控制信号提供至少3mA的驱动电流。对应vcc为+5v电平，驱动器内部各信号端口已串人光藕的限流电阻330，当vcc电压较高时，可根据需要在各控制信号端口(vcc端除外)外串电阻进行限流。例如vcc24v时，应在每个控制信号端子上串联2K左右电阻。图2-5 BQD-344一相控制绕组驱动电路原理图BQD-344的最大特点是线路简单、功率元件少和成本低。但它的缺点是由于电阻要消耗能量，使得工作效率低。所以这种驱动方式只适用小功率步进电动机的驱动 ，55bf003为小功率步进电机所以使用BQD-344是可行的。（3）BQD-344的连接方法 PCL839和55BF003不能直接连接，中间需要BQD-344驱动电源来连接。另外还需要向BQD-344提供单独的直流电源。图2-6为BQD-344的连接方法。图2-6 BQD-344的连接方法2.1.3 PCL839控制卡PCL-839 控制卡是一个高速三轴步进电机控制卡，它简化了步进电机的控制，提高了步进电动机的性能。它兼容的PC机变成一台3轴运动控制站。该卡使用了3片PCD-4541智能控制器芯片，可以执行各种运动控制指令。图2-7为PCL839的内部结构。下面将对本课题要运到的PCL839的部分参数进行分析。图2-7 PCL839的内部结构（1） PCL839的参数和规格 轴 独立的3轴 最大步数计数 016,777,215 最大步进速率 200kpps 加速 自动梯形、斜坡、可编程启动 减速 运行采样速率 输出脉冲信号 双脉冲（CW/CCW）模式或单脉冲（脉冲、方向） 模式，10KW上拉电阻耦合 输出驱动 正极性/负极性。可编程 行程开关 每个通道有5个行程开关（原点限位、正向/反向终点限位、正向/反向高速限位） 输出驱动能力：20mA的直流电流和0.4V的直流电压 限位开关输入：2个紧急停止输入，2个加速/减速输入和一个向原点运动输入。所有的限位开关都是与PC机相隔离的 限位开关输入电压 外部电压+5 V +12 V 中断通道 中断请求2，4，5，7，10，11，12或15 限位开关类型 常开、常闭和选择跨接器 功率消耗：330mA,+5VDC（典型） 接口：一个有37个D型引脚的接口 板子尺寸：183.5 x 99.06 mm（2） PCL839的基地址设置PCL839的基地址的设置是通过板卡上的拨码开关实现，出厂默认是300H，但本系统的不是用的它的默认值，需要重新设置它的拨码开关。具体方法图2-8所示。图2-8 PCL839的基地址设置（3） PCL839的引脚PCL-839 有 37个针脚连接到(位于CN3)到各种各样的步进电机驱动。图2-9 PCL839+的针脚。图2-9 PCL839+的针脚DIR/-dir：方向信号输出（方向模式下）或（-)方向脉冲输出（脉冲模式下）。PULSE/+dir：脉冲信号输出（方向模式下）或（+）方向脉冲输出。EXTVCC：外电源输入。COM：通道A、B、C的隔离公共输出端。EL+：（+）方向紧急停止限位开关输入。EL-：（-）方向紧急停止限位开关输入。SD+：（+）方向降速限位开关输入。SD-：（-）方向降速限位开关输入。ORG：原点限位开关输入。LCOM：通道A、B、C限位开关公共输入端。（4） PCL839+控制卡的特点如下： 三个板脉冲发生器，使运动控制器能独立、同时地控制三个轴的运动。 PCL-839+卡的应用程序为步进电机的控制设计了友好的用户接口，使得它的应用程序编写简单; 它提供了包含设备驱动的“C”库函数，那里有步进电机常用到的一些指令;在用VB或VC编写应用程序时，可以直接调用这些库函数，为编程者提供了极大的方便。提供了对PCL- 839+卡的指令设置功能;它有单机编译系统，并提供了PR0G839.EXE编译软件，这是一个单机的非常驻程序的编译软件，可不用编程而直接用于控制步进电机.。 它提供了16个用于数据输人输出的普通接口有独立的保护措施PCL-839+卡的脉冲方向输出和5个限位开关与PC机是独立的， 它有两种操作模式双脉冲(+/-脉冲)式和单脉冲(定向脉冲)式。可编程的步进率达116kpps(pulses per second)。具有可编程的初始速度、终止速度、持续时间以及自动执行梯形加减速度。2.2 机械本体分析本系统的机械本体部分是指精密工作台。精密工作台采用滚动直线导轨副为导向支撑，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、摩擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。目前已广泛应用于测量、激光焊接、涂胶、打孔、插件、小型数控机床、射线扫描、雕铣机及实用教学等场所。精密工作台可根据用户需要可选择步进电机驱动，或者伺服电机驱动。其要包括滚珠丝杠副、导杠、支承和机座。下面的章节将详细的分析它们的机构和特性。2.2.1 滚珠丝杠副 本系统的丝杠副是以传递运动为主，所以要求它有较高的传动精度。本系统采用的是滚珠丝杠副，在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间充满滚珠，这些滚珠作为中间传动件，在螺母上闭合的回路中循环滚动，使用丝杠螺母副的运动由滑动变成滚动，以减小摩擦。（1）本系统滚珠丝杠的尺寸参数如表表 2-2名称公称直径/mm基本导程/mm接触角/ 滚珠直径/mm滚道半径/mm尺寸2034552.6（2）螺纹滚道型面如图2-10所示，本精密工作台的珠螺纹滚道型面为双圆弧。丝杠的螺纹滚道法向截面有单圆弧和双圆弧两种不同的形状，其中单圆弧加工工艺简单，但接触角p随初始间隙和轴向载荷变化而变化，故，传动效率、承载能力、轴向刚度不稳定。双圆弧加工工艺较复杂，但接触刚度好，摩擦小，有较大的承载能力，预紧火承载后接触角p=45基本保持不变，故传动效率、承载能力、轴向刚度都比较稳定，可实现无间隙传动，传动精度高，性能较好。故本机械手的滚珠丝杠传动机构采用双圆弧滚道型面。滚道型面半径R： db为滚珠直径偏心距e： p为45图2-10 双圆弧滚道截面（3）滚珠返回的循环方式本精密工作台的为内循环。滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环。外循环式为采用多圈，其结构形式又可分为插管式、螺旋槽式、端盖式等； 滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。（3）滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧方式本精密工作台的预紧方式为双螺母，调隙方式为螺母式。滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。预紧方法有垫片式、螺纹式、弹簧式自动调隙和齿差式。采用螺母是式调隙结构简单，调节方便。2.2.2 导杆本精密工作台的导杆采用圆形直线导杆。为减轻机械手臂移动时的振动和不稳定，在每个轴的滚珠丝杠的两侧加上导杆，每个导杆都穿过滚珠丝杠副的螺母，与丝杠一起移动。圆形直线导杆的优点是摩擦系数小，低速时不会出现爬行，移动精度高。圆形直线导杆的安意图如图2-11所示：图2-11 圆柱导杆安装示意图2.2.3 支承由于该系统是开环系统，精度本来就不是很高，故采用一端固定，一端浮动的支承结构，该结构让丝杠有膨胀的余地，适用与较长的丝杠中，游动支承采用深沟球轴承，固定支承结构选用60度接触推力角接触轴承。支承结构示意图如图2-12所示：图2-12 支承结构示意图2.2.4 机座本精密工作台的机座为长方形截面机座，它是设备的基础部件，其它零部件安装在它或导轨上面。它在准备中即起支承作用，承受其他零部件的重力和工作载荷，又起基准作保证零件间的相对位置。3 系统软件设计 系统在VB编程环境下开发应用软件。应用软件通过控制PCL839+卡，从而实现精密工作台的开环和梯形速度曲线控制。本章包括软件设计思想、软件开发环境的介绍、程序的流程分析、控制程序代码设计、用户界面设计和应用软件的使用说明。3.1 本系统软件设计思想本应用软件要控制工作台能达到最大速度，并使步进电机电机的实现梯形曲线运动。本软件设计思路为：（1） 先输入运动参数，然后模拟绘制运动曲线。（2） 判别通过运动曲线判断参数是否正确，不正确需重新输出参数（3） 点击开始运动按钮，驱动工作台运动。（4） 运动停止 。电机运行完设定的步数，限位开关的触动，和紧急停车按钮按下都将导致运动的停止。3.2 本系统的软件设计VB没有控制PCL893+的函数库，也没操作I/O端口的函数。如果要使用VB对本系统编程，需要将839p.bas添加到VB的工程里面，并将Ads839p.dll和应用软件放在同一个文件夹下。VB通过839p.bas调用Ads839p.dll的函数就可以对PCL839+的寄存器进行读写操作，最终生成EXE可执行文件。本节将对PCL839+的寄存器编程、Ads839p.dll和VB皮肤进行包详细介绍。对VB自带的库将不做介绍。3.2.1 PCL839 的寄存器PCL-839是用寄存器来控制。在PCL-839使用这些寄存器来存储命令，速度、模式、脉冲数等。表3-1为PCL-839的8个寄存器。VB要对PCL839的寄存器进行操作时，首先要向指令缓冲区输入选择寄存器的代码，然后通过指令缓冲区的数据缓冲单元向各个寄存器输入相应的值。由于本系统主要是通过程序去操作这些寄存器和缓冲区来实现工作台的功能。所以这些寄存器和缓冲区相当重要。本节详细描述了这些寄存器，及其操作方法。表3-1 PCL-839的寄存器类型位读/写R0预置计数器24写（读）0 to 16,777,215 (FFFFFF)R1FL寄存器13写（读）1 to 8,191 (1FFF)R2FH寄存器13写（读）1 to 8, 191 (1FFF)R3加/减加速度寄存器10写（读）2 to 1, 023 (3FF)R4乘法寄存器10写（读）2 to 1, 023 (3FF)R5设置ramping-down点16写（读）0 to 65, 535 (FFFF)R6设置空转脉冲3写（读）0 to 7R7输出类型寄存器1写（读）0 to (1)（1） R0：减法计数器R0为23为寄存器。脉冲输出在手动模式下、原模式或预置模式下减计数器进行向下反向计数。如果在运作模式下计数器是停止的，则计数停止。如果计数器输出脉冲后达到0时，则反归还其最大值。在预设的模式下可以设置所需的脉冲数目。脉冲输出时反倒计时计数，计数器变为0时脉冲输出停止 。起始范围是00001（十六进制）到FFFFFF（十六进制）就是1至16777215（十进制符号）。当操作开始时如果寄存器置0将没有脉冲发生。同时操作的标志位将显示停止状态，但中断信号不输出。计算机要向R0中输入一个值首先要选中R0，然后再通过才能向它里面输入数值。通过Out_byte（ByVal offset As Long, ByVal value As Long)函数选择R0。其中offset（长整形）是偏移地址，value是要寄存器选择指令的数字代码。如图3-1所示，是选择R0的二进制代码。图3-1 选择R0的二进制代码向R0中输入一个值得程序为：Out_byte（0，&H80） /选中指令缓冲区，执行选择寄存器R0的指令Out_byte（1，&H*）/将数据的低8位输入数据缓冲区Out_byte（2，&H*）/将数据的中8位输入数据缓冲区Out_byte（3，&H*）/将数据的高8位输入数据缓冲区 （2）R1：FL寄存器R1是13位寄存器。这种寄存器是用来设置FL（初始/低）的速度。如图3-2所示，当开始于高速模式，电机始于FL再上升到FH（最终/高速） 。如果在高速运转时接受到减速-停止命令，它就会降到FL，然后停止。确保设置FL速度。FL的范围是1至8191（0001至1FFF十六进制符号）图3-2 FL、FH和R5的关系计算机要向R1中输入一个值首先要选中R1，然后再通过才能向它里面输入数值。通过Out_byte（ByVal offset As Long, ByVal value As Long)函数选择R1。其中offset（长整形）是偏移地址，value是要寄存器选择指令的数字代码。如图3-3所示，是选择R1的二进制代码。图3-3 选择R0的二进制代码向R1中输入一个值得程序为：Out_byte（0，&H81） /选中指令缓冲区，执行选择寄存器R1的指令Out_byte（1，&H*）/将数据的低8位输入数据缓冲区Out_byte（2，&H*）/将数据的高8位输入数据缓冲区(3) R2:FH寄存器R2为10位寄存器，这个寄存器是用来设置FH的速度。FH的范围也是1到8191（0001至1FFF十六进制符号）。在输入数据时一定要确保FH是大于FL。通过Out_byte函数可以R2编程。要向R2中输入一个值，首先要选中R2，然后才能向它里面输入数值。如图3-4所示，是选择R2的二进制代码。图3-4 选择R2的二进制代码向R2中输入一个值得程序为：Out_byte（0，&H82） /选中指令缓冲区，执行选择寄存器R2的指令Out_byte（1，&H*）/将数据的低8位输入数据缓冲区Out_byte（2，&H*）/将数据的高8位输入数据缓冲区（4）R3:加速度/减速度寄存器这个寄存器是用来设置加速度（增加）和减速度(减小)特性。在高速模式中时，步进电机在FL速度下启动，从FL和加速FH，然后在FH速度下运行：在停止的时候，电机不能立即从FH停止，需要的时候从FH降到FL，然后停止。向R3输入值得方法与上面几个寄存器的编程一样，如图3-5所示，是选择R3的二进制代码图3-5 选择R3的二进制代码（5） R4:乘法寄存器R4为10位寄存器，这个寄存器被用来指定一个输出倍频。基准时钟输入通过时钟脉冲终端被分裂并乘以可变分频器和频率乘数,然后输出至脉冲至输出端。当一个给定的值在速度寄存器是RF（RF的值在R1和R2中）。脉冲输出端的脉冲频率输出是：Fpout = (基准时钟频率*(Rf) / (8192 * (R4)，当 (基准频率/8192)*R4=1.1*MODE：当 (基准频率/8192)*R4=2.2*MODE。因为PCL-839 +的基准时钟频率是4.9152兆赫), 因此R4= 600为1* mode，当R4= 300 为2x mode。R4的设定范围是从002到3FF(十六进制)，这相当于2到1023（十进制）。如图3-6所示，是选择R2的二进制代码。图3-6 选择R4的二进制代码向R4中输入一个值得程序为：Out_byte（0，&H84） /选中指令缓冲区，执行选择寄存器R4的指令Out_byte（1，&H*）/将数据的低8位输入数据缓冲区Out_byte（2，&H*）/将数据的高8位输入数据缓冲区本课题中选用的倍数为2倍，即R4设定值为R4=300。选择该寄存器对应的指令为0x84。然后向其输入300。（6） R5 :减速斜坡点寄存器R5为16位寄存器。在高速运转,减速计数器的值和这个寄存器的值比较。只要计数器的值小于这个寄存器的值。斜坡下降将开始。如果R5的值高于计数器,当高速模式下启动,升数斜坡将不会再出现，并且脉冲将持续在FL。R5的设定范围是00001(十六进制)到FFFF(十六进制) ，转换成十进制为1到65535。PCL-839需要用户要自己计算R5值的。此PCL839不会自动计算R5。如图3-6所示，是选择R2的二进制代码。如图3-7所示，是选择R2的二进制代码。向R5输入值得方法同R4。图3-7 选择R5的二进制代码 （7）R7:输出类型寄存器R7为1位寄存器，它是用来选择输出脉冲的类型。它的赋值范围只有0 和1。0为CW/CCW pulse （双脉冲）模式；1为 Pulse/DIR（单脉冲）模式。如图3-8所示，是选择R7的二进制代码。图3-8 选择R7的二进制代码向R4中输入一个值得程序为：Out_byte（0，&H87） /选中指令缓冲区，执行选择寄存器R7的指令Out_byte（1，&H0）/选择双脉冲模式Out_byte（2，&H1）/选择单脉冲模式PCL指令缓冲区（8）PCL839的缓冲区PCL839的3个轴都有自己的指令缓冲区。表一为X轴的I / O缓冲区的地址地图。VB要对PCL839进行操作时，首先是将指令代码放入指令缓冲区。如果这个指令有数据输入或输出，则再把这些数据输入到数据寄存器。指令缓冲区提供了三个状态缓冲器用以写入系统的状态字：启动/停止命令控制字、操作模式控制字、寄存器选择控制和输出模式选择命令字。每一个通道一个状态缓冲器，它对应地址分别是BASE+O、BASE+4、BASE十8(其中BASE为基地址)。当从这三个状态缓冲器读入时，就可运动控制器相应的状态信息。缓冲区还提供了九个数据缓冲器(每个通道三个数冲器)，用以接受在寄存器选择状态时的寄存器数据的(R0一R7)。同时当选定某一寄存器(RO一R7)后，也可通过这据缓存器读入相应寄存器中所存储的数据信息。下面举一例，向通道A的Rl寄存器写入一数据V:intV;outportb(baseA，Ox81):out portb(baseA+1，v);v=v8:outportb(baseA+2，v);读通道A的Rl寄存器中的数据并存入V中；Int v，uoutportb(baseA，0x81)1nportb(baseA+1，v):v=v8inportb(baseA十2，u)v=v|u:表3-2 PCL-839 X轴的寄存器的地址地图轴偏移地址读/写定义X0x00写指令缓存区读状态0x01写数据寄存器（低7到0）读内部数据（地）0x02写数据寄存器（中15到8）读内部数据（中）0x03写数据寄存器（高23到16）读内部数据（高）读内部数据（高）3.2.2 研华Ads839p.dll动态链接库Ads839p.dll是用C和C+编写的，可以由操作系统或其他程序使用的动态链接库。VB没操作I/O端口的函数，需要Ads839p.dll才能对I/O端口操作。如果要使用VB对本系统编程，需要将839p.bas添加到VB的工程里面，并将Ads839p.dll和应用软件放在同一个文件夹下。VB通过839p.bas调用Ads839p.dll的函数就可以对PCL839+进行读写操作。Ads839p.dll中有16个API函数， 在此只对本系统用的几个做介绍。（1）status=set_base（设置基地址）这个函数是设置PCL-839 的