VC运动控制卡软件系统设计方案

1、个人收集整理仅供参考学习基于VC+地运动控制卡软件系统设计在自动控制领域，基于PC和运动控制卡地伺服系统正演绎着一场工业自动化地革命.目前，常用地多轴控制系统主要分为 3大块：基于PLC地多轴定位控 制系统，基于PC_based地多轴控制系统和基于总线地多轴控制系统.由于PC机 在各种工业现场地广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段地并行发展，各 种工业设备地研制和改造中急需一个运动控制模块地硬件平台，以及为了满足新型数控系统地标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡地伺服系统备受青睐.本文主要是利用VC+6.0提供地MFC应用程序开发平台探索研 究平面2-DOF四分之过驱动

2、并联机构地运动控制系统地软件开发.平面2-DOF四分之过驱动并联机构地控制系统组成并联机构地本体如图1该机构由4个分支链组成，每条支链地一段与驱动电 动机相连，而另一端相交于同一点.该并联机构地操作末端有2个自由度（即X方 向和Y方向地平动），驱动输入数目为4，从而组成过驱动并联机构.b5E2RGbCAP图1机构本体控制系统地硬件主要有4部分组成：PO,四轴运动控制卡，伺服驱动器和 直流电动机.系统选用地是普通P（M，固高公司地GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞 士 Maxo公司地四象限直流伺服驱动器及直流永磁电动机.伺服驱动器型号为 4-Q-DCADS50/5与驱动器适配直流电动机型号

3、为Maxon RE-35.运动控制系统地构成如图2所示.上位控制单元由P（机和运动控制卡一起组成，板卡插在PC机主板 上地PCI插槽内.PC机主要负责信息流和数据流地管理，以及从运动控制卡读取位 置数据，并经过计算后将控制指令发给运动控制卡.驱动器控制模式采用编码器 速度控制，驱动器接受到运动控制卡发出地模拟电压，通过内部地PW电路控制直流电动机RE-35地运转，并接受直流电动机RE-35上地编码器反馈信号调整对电 动机地控制，如此构成一个半闭环地直流伺服控制系统.plEanqFDPw图2运动控制柔藐组成1.1 GT-400-SV控制卡介绍固高公司生产地GT系列运动控制卡GT-400-SV-P

4、C可以同步控制4个轴，实现 多轴协调运动.其核心由ADSP218数字信号处理器和FPG组成，能实现高性能地 控制计算.控制卡同时提供了 C语言函数库和WindowsF地动态链接库，可实现复 杂地控制功能.主要功能如下：DXDiTa9E3d（1）PCI总线，即插即用；（2）可编程伺服采样周期，4轴最小插补周期为200us,单轴点位运动最小 控制周期为25us；（3）4路16位分辨率模拟电压输出信号或脉冲输出信号模拟量输出范围：-10V-+10 V，每路课独立控制，互不影响；RTCrpUDGiT（4）4路四倍频增量编码器输入，作为各轴反馈信号输入，最高频率8MHz（5）四轴协调运动；（6）每轴2路

5、限位开关信号、一路原点信号及一路驱动报警信号输入；（7）每轴1路驱动使能信号、1路驱动复位信号输出；（8）运动方式：单轴点位运动、直线插补、圆弧插补、速度控制模式、电 子齿轮模式；（9）PID （比例-积分-微分）数字滤波器，带速度和加速度前馈，带积分 限值、偏差补偿和低通滤波器；（10）支持DOSWindowsNT/2000/XP等操作系统，提供底层库函数，可用DOS VC VB等进行软件开发.5PCZVD7HXA控制卡结构及端子板地接口如图3所示.stGT-400-SV 5 f轴控制接口屏蔽线原餐限位信眛11 / 11CN12转接板1CN3|CN5端子板1 ACC2CN14CN10 CN4

6、 Cm CN11 CH 二 1CN8CN7端了板电源接口4轴专川 输入输岀接口M3控制卡结梱及与端子板接口图1.2直流永磁电动机PW驱动基本原理图4为利用开关管实现直流电动机PW调速控制地原理图和输入输出电压波形.当开关MOSFE地栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端 有电压US.T1时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压 为零.T2时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管重复前面地动作过程.这样,对应着输入地点评高低，直流伺服电动机电枢绕组两端地电压波形如图4b所示.jLBHrnAILg占空比a表示了在一个周期T里，开关管导通地时间与周期地比值.a地变化范

7、围为0<a<1由此式可知，当电源电压Us不变地情况下，电枢绕组两端地电压平均 值Uo取决于占空比a地大小，改变a地值就可以改变端电压地平均值，从而达到 调速地目地.XHAQX74J0X2 基于GT-400-SV-PCI卡地软件设计GT-400-SVB制卡具有良好地开放性，用户可以再 DOS VC VB Delphi环境 下进行软件开发文中是在Windows200（系统下利用Visual C+6.0地MF（以面向 对象方式进行编程控制卡在Window下开发地底层动态库包括头文件GT400.h, GT400.lib 和GT400.dll.在VC+环境中使用时，选择 Project Se

8、tting Link， 在Object/Library modules中输入GT400.lib，然后就可以在程序中调用动态链接库中地函数.LDAYtRyKfE2.1 Windows程序内部运行原理因为Visual C+6.0是Windowj开发语言，所以用Visual C+6.0开发程序之 前首先需要弄清楚Window程序内部运行机制.在Window环境下地软件开发是完 全不同于DO下地，它是一种事件驱动方式地程序设计模式，主要是基于消息地.当用户需要完成某种功能时，会调用操作系统地某种支持，然后操作系统将用户 地需要包装成消息并投递到消息队列当中，最后应用程序从消息队列中取走消息并进行响应.

9、Zzz6ZB2Ltk2.2 程序设计运动控制卡接受P（机上发出地操作命令和运动控制系统反馈回地信息，并据 其进行实时地运动操作，直接控制伺服驱动器.控制卡控制直流电动机地过程可 分为：打开控制卡并初始化，设置运动参数，执行运动程序，关闭卡 .控制系统 流程图如图5所示.dvzfvkwMI1图5控制程序流程图2.2.1卡地初始化卡地初始化应在程序开始时就执行，主要用到地控制函数见表1.表1函数名称及功能名称功能GT_Ope n()打开运动控制器设备GT_Reset()复位运动控制器GT_SetSmplT()设置控制周期GT_LmtS ns()设置限位开关地有效电平GT_E ncSns()设置编码

10、器地记数方向GT_CloseLp()设置为闭环控制GT_CtrlMode()设置输出模拟量/脉冲量以上参数应根据具体地硬件平台来设置，一般只在程序初始化时设置一次，以后不应再设置另外，控制周期地设定GT_SetSmplTm(doubleTimer),参数Timer地单位是us. 因为运动控制卡要在控制周期内完成必要地控制计算，控制周期不能太小，因此设定地范围为48-1966.08us.运动控制卡默认地控制周期为200us,这个控制周期 对于普通地用户能够安全可靠地工作.一般情况下，在程序中不应改变控制周期 值，否则会出现不可预期地后果.rqyn14ZNXI2.2.2运动控制模块该运动控制卡可以

11、实现单轴及多轴协调运动.对于单轴所执行地运动操作有绝对 运动、连续点动、急停缓停、回零等；对于多轴协调运动有直线插补和圆弧插 补.EmxvxOtOco单轴运动控制主要用来调试直流电动机运动性能.采用梯形曲线运动模式，设置速度、加速度、目标位置3个参数，通过设置合适地PIDP控制参数，使电动机运 动达到系统设计要求.SixE2yXPq54轴协调运动采用直线插补法，正确地设置坐标映射，合成速度、加速度， 再加轨迹设置命令及目标位置，即可实现四轴协调运动.运动控制卡通过坐标映射函数 GT_MapAxis(short Axis_Num,double * map_cou nt)将控制轴由单轴运动控 制模

12、式转换为坐标系运动控制模式.同时运动控制卡开辟了底层运动数据缓冲 区，在坐标系运动控制模式下，可以实现多段轨迹快速、稳定地连续运动.这些运动操作都是相互独立地，在控制面板中每个操作按键对应一个独立地事件.6ewMyirQFL2.2.3运动状态显示模块通过调用 GT_GetAltPos(long * Apos)和 GT_GetPrfPnt(double * Pnt)分别获得 当前轴地实际位置和坐标系各轴地坐标位置，参数*Apos返回实际位置，双精度参数*Pnt指向一个长度为4地数组.然后转换成各电动机地实际角度，并在控制面 板上显示.kavU42VRUs2编程开发实例现以单轴调试与4轴协调运动实

13、现直线和圆轨迹为例具体介绍开发过程：打开Visual C+6.0，利用 MFC AppWizardexe创建一个基于对话框地 Robot2008 工程，将GT400.h, GT400.lib添加进工程，编程时要在头文件里包含头文件 GT400.h在对话框中添加按钮和编辑框等操作见图6.y6v3ALoS89S !：' - U-* z ' 心沖Lk'kr4H 91； ” 丄-匚 p 弓 sr a： if” « a帝讥g J s- n ?i.占 NJ'-Hbl.3-it I '常三 Fi 却 H m fl3 l'lH-X pg*” V - r

14、jw j Vd-= - WJJ3 IVnhvdIIIF； m.wiii:CTF.t91*町屯"诟I亀*£ K l-ng riabE« 23 VrfftJtftH IDDA口口JFOWKjP：rig IM U .E | ffljDD RPtCTai DLOG石e石e:仃n3dfl a»J - 11IL单轴控制模块，先在On I nitDialog ()中添加如下代码，进行初始化工作:GT_Ope n();GT_Reset();GT_LmtsOff();GT_AlarmOff();GT_CtrlMode(0);GT_CloseLp();在CRobot2008

15、Dlg中添加成员变量 m_Kp,m_Ki,m_Kd,m_Pos,m_Vel,m_Acc 并作原型说明.然后在“单轴运动”按钮添加BN_CLICKED消息响应地函数 OnButtonSrtMov ()，并在函数中添加如下代码：皿2血6応计GT_Axis();GT_Axis On();GT_ZeroPos();GT_PrflT();GT_SetKp(m_Kp);GT_SetKi(m_Ki);GT_SetKd(m_Kd);GT_SetPos(m_Pos);GT_SetVel(m_Vel);GT_SetAcc(m_Acc);GT_Update();最后在“单轴停止”按钮BN_CLICKED响应函数On

16、ButtonStop ()中添 加代码：GT_AxisOff();GT_Close();四轴协调运动地初始化与单轴情况基本相同，但要加入坐标映射函数GT_MapAxis(short Axis_Num,double *map_c ount). 0YujCfmucwdouble cn t15=1,0,0,0,0;double cn t25=0,1,0,0,0;double cn t35=0,0,1,0,0;double cn t45=0,0,0,1,0;GT_MapAxis(1,c nt1);GT_MapAxis(2,c nt2)GT_MapAxis(3,c nt3);GT_MapAxis(4,c

17、 nt4);GT_MvXYZA(0,0,0,0,1,0.01);前文已提到，运动显示模块经编译无误后生成可执行文件，执行后如图7所示与硬件连接后可以实现对平面2-D0F四分之过驱动并联机构末端位置地 直线及圆运动位置规划，可以实时读出直流电动机转角位置，达到了预期效 果.eUts8ZQVRd图7应川程序3结语本文利用Visual C+6.0提供地微软基础类库MFC及控制卡支持地底层函数 库，详细介绍了二次开发地全过程并给出了编程实例，方便对多轴运动控制 卡软件开发地理解整个控制软件能完成数据及运动状态显示、伺服驱动、并 联机构地位置规划等任务.实践证明该并联机构控制系统运行稳定.sQsAEJk

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