基于运动控制卡的控制系统设计与实现design and implementation

1、电子发烧友电子技术基金颁发部门：自然科学基金委；项目名称：宽谱 XCT 的投影数据模拟以及投影数据校正方法的研究；编号：60551003；基金申请人：，；备注：本是基金项目中仪器设备研究科目："X 线机双能量的设备"的方法研究之一。基于运动卡的系统的设计与实现Design and implementation of motion control system based on motion control card1，*1，陈1，2LIU Ye-qing1, DENG Zhen-sheng, CHEN Zhen-cheng, MOU Xuan-qin2（1.中南大学信息物理

2、2.西安交通大学电子与信息生物医学工程图像处理与模式识别，湖南 长沙 410083；，陕西 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：本文介绍了一个基于多轴运动卡的运动系统。该系统以工控计算机、通用操作系统、PCI-8134多轴运动卡及其功能库函数为平台，采用VC+开发的人机界面，实现了三轴（X，Y，Z轴）能。运动、各个轴的连续直线运动以及梯形加运动等功：PCI-8134 运动卡；运动；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+运动技术的发展是推动新的产业的。传统的数字运动装置一般直接采用微机或单片机来实现位置，电路复杂，计算速度慢。近年来，对运动系统的速度和精度的要求愈来愈高，使得传统的运动系统难以取得满意的效果，因此急需一种运算速度快、可以满足高精度运动的。随着技术的成熟稳定，目前市场上出现

6、了种类繁多的运动卡。本研究利用基于PCI总线的PCI-8134多轴运动卡及其功能库函数、工控计算机，设计了可多轴的步进电机、按照编程预定的运动轨迹及运动参数作运动的系统。具有通用性，可方便地移植到各种运动数控机床的开发等。系统的开发中去，例如人、雕刻机及1 基于运动卡的运动系统实现原理或高速 DSP 作为运动运动卡通常采用专业运动，大多用于机交互界面步进电机或伺服电机。运动卡与 PC 机主从式结构：PC 机的管理和运动轨迹系统的实时等方面的工作，例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、指令的、外部信号的等等；卡完成运动的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测

7、等。运动卡通过板卡接口输出PC机运算结果的运动脉冲数和运动方向等信号，经过伺服驱动功率放大器放大后，驱动步进电机或交流数字伺服电机转动，再通过滚珠丝杠传械，驱动两轴或三轴精密十字工作台运动。对于运动目标位置通常有两种模式：一种模式是采用步进电机驱动的开环* 本文通讯作者：系统模式，另一种是采用交流数字伺服电机驱动闭基金名称：自然科学基金资助项目批准编号：60551003电子发烧友电子技术环系统模式。前者因为步进电机每个脉冲的转过的步距角一定并与脉冲数成正比，在转动一圈的过程中无累积误差，加上目前具有步距角细分技术的步进电机驱动器己是成熟技术，因此用开环系统也能达到一定的精度。后者将光电编码盘等

8、传感器检测的目标位置，经由卡反馈至伺服驱动器，驱动电机运转。如采用步进电机开环系统，能实现0.01mm 的位置精度。如采用交流数字伺服电机及光电编码盘位置检测，闭环反馈系统，则能实现更高的位置精度。2 PCI-8134 运动卡PCI-8134 是基于 PCI 总线的多轴运动地址数据复用局部总线，可以同时支持多组功耗、适应性强等特点。卡。PCI 总线是一种先进的高性能 32/64 位设备，具有高数据传输率、即插即用、低图1为 PCI-8134 运动接口PCI9052：系统采用两片轴一和轴二，另外一片卡的系统结构图。系统所采用的 PCI与 PCI 总线之间的高速通信；PCL5023 实现运动。PC

9、L5023PCL5023实现对电机的运动进行。其中一片 PCL5023轴三和轴四。通过高频脉冲驱动步进电机或者伺服电机，完成预期的速度输出要求。同一系统中可以同时使用多块本款运动卡（最多可以使用 12 块卡，即同时控制 48 个轴），从而达到对多轴的运动，满足在多种情况下的运动要求。PCI 总线CN3CN4轴 3 轴 4Ext +24 InputCN1CN2OUT DIR+EL,-ELINP, ALM,SVON, RDY图1 PCI-8134 系统结构图PCI-8134 能够产生高频率的脉冲序列。脉冲序列的频率电机的转速，脉冲的数量电机的位置，而差动输入/输出信号能够减少噪声的影响。指令输出选

10、项包括 DIR/OUR模式与 CW/CCW 模式。33.1(1)(2)(3)3.2基于PCI-8134运动卡运动实现的主要功能系统的开发可实现三轴（X,Y,Z轴）运动；可设定各轴的速度参数实现连续运动；可设定速度及加基于PCI-8134运动时间参数做梯形加卡的软件开发运动；卡的软件开发具有良好的开放性， 用户可以在DOS、VC、VB基于PCI-8134运动环境下做软件开发。在这里是在Windows XP系统下利用VC + 6.0 的MFC以面向对象行编程。底层开发库采用了运动卡提供的静态库pci_8134.lib、头文件pci_8134.h。3.2.1 运动卡的安装脉冲信号限位信号伺服驱动通用

11、I/ODC/DCExt +5V out同时启动/停止PCI5023轴 1 轴 2脉冲输入:PA, PBPCI9052电子发烧友电子技术卡PCI插槽中。根据具体的硬件平台，可设置卡上的开关，用将PCI-8134运动于设置脉冲输出信号的信号种类(differential line driver output, open collector output)，限位开关的工作模式(normal open ,normal close)等参数。3.2.2 卡的初始化在VC+中创建一个基于进工程。框的motion工程，将pci_8134.LIB、头文件pci_8134.H添加在所建工程的On InitDial

12、og中进行初始化工作，调用W_8134_initialA( )，用于确认运动卡是否存在并且将其初始化；利用Motion Creator 中的Config Axis 来配置各轴，其中可以设置脉冲输出的模式，位置反馈的模式，限位开关的工作模式， 伺服信号的使用与否， 中断信号等配置信息。并将设置好的信息保存，将其存为8134.cfg文件，调用以下语句来初始化运动卡、配置卡的各种信息：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，通过_8134_set_config()tion Creator 所提供的Configuration窗口转化成为应用程序，按照8134.cfg文件配置了卡的参数，并设置了定时器。3.2.3 人

14、机用户界面的设计及相关功能图2 操作主界面框中添加按钮，如图2所示。基于运动卡在系统的操作主界面。界面上部是X、Y、Z轴的运动响应按钮，便于各轴的运动。下面是显示各轴的运动位置。中间是运动模式选项，包括连续运动和梯形运动。做连续运动时，各轴以指定初速度、及时间运动到设定的速度，然后开始做连续匀速运动，直到收到停止命令为止；做梯形运动时，各轴以设定的初速度运动到指定的最大运动速度，随后并最终停止在设定的位置、初速度的设定。停止按操作功能。上。界面最下方的两个设定表格是各轴运动速度设定和、钮用于结束各个轴的运动。按钮结束程序。此界面主要实现电子发烧友电子技术3.2.4 运动功能的实现根据所设计的人

15、机界面以及所需要实现的运动函数中编程实现。功能，在界面中各个命令按钮的响应框上端的X、Y、Z轴按钮时，要从速度设定、其他设定编辑框中各轴相应的运动速度，时间，时间和其初速度，根据所选择的运动模式，我们可以选择性的这些设置，参数的选择及运动过程如图3：预设参数运动模式参数 参数速度初速度速度初速度时时间间X轴 Y轴 Z轴 图3运动流程实现过程如下：在X (Y、Z) 轴按钮的单击用于实现连续运动模式时三轴的v_stop(axis,Tdec)，停止各轴的运动。这样就可以随后做匀速连续运动直到命令其停止运动为止。v_move(axis,str_vel, max_vel , Tacc)按钮单击命令响应函

16、数中调用X(Y、Z)轴运动到给定的速度参数，时间和时间可以是不相等的，在X(Y、Z)轴按钮单击事选择梯形运动模式时，件命令响应函数中会调用：start_t_move(axis,dist,str_vel,max_vel,Tacc,Tdec)或者start_ta_move(axis, pos, str_vel , max_vel, Tacc,Tdec)。这样就可以各轴以设定的初速度运动到指定的最大运动速度，随后并最终停止在设定的位置上。在CMotionDlg中添加成员变量m_pos, m_pos1, m_pos2, m_speed，并作原型说明。然后添加对WM_TIMER消息响应的函数OnTime

17、r，并在函数中添加get_position (axis,&pos)获取X、Y、 Z轴的逻辑位置以用于在编辑框中显示各轴的运动位置，更新时间为100ms。最后在“”按钮响应函数中添加代码:W_8134_Close(cardno) ; CMotionDlg: OnCancel ( );经编译无误后，生成可执行文件，执行后如图2所示。与硬件连接后可以实现对步进电机的准确，可以实时读出逻辑位置，达到了预期效果。4结论本文所提出的基于PCI_8134多轴运动卡的运动系统与硬件连接后可以通过人机界面实现对步进电机的准确，实时读出逻辑位置，达到了预期效果。硬件连接简单，具有良好的可靠性和稳定性，并满

18、足开放性要求，具有强大的二次开发功能，便于开发者开发满足需求的应用软件。因此在此基础上，开发者可以进一步开发基于本卡的丰富的工业软件，如实际生产的运动系统中，可以将任意的图形转化为实际的运三轴位置实时显示梯形运动连续运动电子发烧友电子技术动位置，这对工程中的雕刻、印刷等工艺流程很有意义。该软件具有良好的人机交互界面及良好的实用性，适应性，可移植性。本文作者创新点：本文采用基于PCI总线的PCI-8134多轴运动卡作为运动系统的，克服了传统数字运动装置电路复杂，计算速度慢等缺陷，实现了高运算速度、高精度的运动发中去。参考文献。此外，具有通用性，可方便地移植到各种运动系统的开1234.基于PC的步

19、进电机多轴运动策略研究J.机床与,2004(8):55-56.基于工控PC和Windows98的四轴位置系统的设计J.工业计算机,2002,15(4):3537.,琦.基于PC的数控系统多轴运动器设计J.机械制造与自动化,2005,35(3):117-119.PCI总线技术在运动卡中的应用J.仪器仪表学报, 2005,(8).系统J.仪表技术,2007,4:43-47.人智能切割系统J.微计算机信息,2005,8-3:9597.5基于PC和运动卡的开放式运动678,须,.PC机作者简介：.基于运动卡的,.基于PCI-9052的运动卡的研发J.微计算机信息,2006,5-1:143145.的多轴伺服运动系统的研究