VC++运动控制卡软件系统设计

1、VC+运动控制卡软件系统设计部门：xxx时问：xxx制作人：xxx整理范文，仅供参考，可下载自行修改基于VC+勺运动控制卡软件系统设计在自动控制领域，基于 PC和运动控制卡的伺服系统正演绎着场工业自动化的革命。目前，常用的多轴控制系统主要分为3 大块：基于PLC的多轴定位控制系统，基于 PC_based的多轴控制系统和基于总线的多轴控制系统。由于PC 机在各种工业现场的广泛运动，先进控制理论和 DSP技术实现手段的并行发展，各种工业设备的研制和改造中急需一个运动控制模块的硬件平台，以及为了满足新型数控系统的标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡的伺服系统备受青睐。本文主要是利用

2、VC+6.0 提供的MFC应用程序开发平台探索研究平面 2-DOF四分之过驱动并联机构的运动控制系统的软件开发。平面2-DOFF3分之过驱动并联机构的控制系统组成并联机构的本体如图1，该机构由4个分支链组成，每条支链的一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。该并联机构的操作末端有2个自由度 即X；方向和Y方向的平动），驱动输入数目为4,从而组成过驱动并联机构。b5E2RGbCAP图1机构本体控制系统的硬件主要有4部分组成：PO,四轴运动控制卡，伺 服驱动器和直流电动机。系统选用的是普通 PCM,固高公司的GT- 400-SV-PCI运动控制卡，瑞士 Maxo公司的四象限直流伺服驱动器及 直

3、流永磁电动机。伺服驱动器型号为4-Q-DCADS50/5与驱动器适配 直流电动机型号为Maxon RE-3s运动控制系统的构成如图2所示。 上位控制单元由PO和运动控制卡一起组成，板卡插在 PO主板上 的PCI插梢内。PO主要负责信息流和数据流的管理，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 的模拟电压，通过内部的PWM路控制直流电动机RE-35的运转，并 接受直流电动机RE-35上的编码器反馈信号调整对电动机的控制，如 此构成一个半闭环的直流伺服控制系统。plEanqFDPwM2运动控制系统组成1.1

4、 GT-400-SV控制卡介绍固高公司生产的GT1列运动控制卡GT-400-SV-PCI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，能实现高性能的控制计算。控制卡同时提供了C语言函数库和WindowSF的动态链接库，可实现复杂的控制功能。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;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-+10V,每路课独立控制，互不影响；RTCrpUDGiT(4) 4路四倍频增量编码

5、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DOS WindowsNT/2000/X年操作系统，提供底层库函数，可用DOS VC V赞进行软彳开发。5PCzVD7HxA控制卡结构及端子板的接口如图3所示。控制接uGT-400-SV屏联 原点、限位信出接安CN13CN12T

6、T扁平线2接口CN14端子板CN10 CN4 CN9 CN11 口口转接板3_ _JcN3 |CN5CNfiCN7端了我电源接口4轴专用输入输出接口图3控制卡结构及与端子板接n图1.2直流永磁电动机PWM动基本原理图4为利用开关管实现直流电动机PWMB速控制的原理图和输入 输出电压波形。当开关MOSFET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Use 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，开关管重复前面的动作过程。这样，对应着输入的点评高低，直流伺服电动机电枢绕组两端的电压波形如图4b所示。 jLBHrnAIL

7、g占空比a表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值。a的变化范围为0<a<1。由此式可知，当电源电压Us变的情况 下，电枢绕组两端的电压平均值 UOX决于占空比a的大小，改变a的 值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的。xHAQX74J0X2基于GT-400-SV-PCI卡的软件设计GT-400-SV空制卡具有良好的开放性，用户可以再 DOS VCVR Delphi环境下进行软件开发。文中是在Windows200面统下利用Visual C+6.0的MF©面向对象方式进彳f编程。控制卡在 WindowSF开发的底层动态库包括头文件GT400.h， GT40

8、0.lib 和 GT400.dll 。在VC+环境中使用时，选择Project Setting Link ,在 Object/Library modules 中输入 GT400.lib ，然后就可以在程序中调 用动态链接库中的函数。LDAYtRyKfE2.1 Windows 程序内部运行原理因为 Visual C+6.0 是Window肝发语言，所以用 Visual C+6.0开发程序之前首先需要弄清楚 Window序内部运行机制。在Window酬境下的软件开发是完全不同于 DO*的，它是一种事件驱动方式的程序设计模式，主要是基于消息的。当用户需要完成某种功能时，会调用操作系统的某种支持，然后

9、操作系统将用户的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。Zzz6ZB2Ltk2.2 程序设计运动控制卡接受PCI上发出的操作命令和运动控制系统反馈回的信息，并据其进行实时的运动操作，直接控制伺服驱动器。控制卡控制直流电动机的过程可分为：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 卡的初始化卡的初始化应在程序开始时就执行，主要用到的控制函数见表1。表1函数名称及功能名称功能GT_Open;打开运动控制器设备GT_Reseg复位运动控制器GT_SetSmplTm<设

10、置控制周期GT_LmtSns<)设置限位开关的有效电平设置编码器的记数方向GT_CloseLp<)设置为闭环控制GT_CtrlMode<)设置输出模拟量/ 脉冲量GT_EncSns)<以上参数应根据具体的硬件平台来设置，一般只在程序初始化时设置一次，以后不应再设置。另外，控制周期的设定GT_SetSmplTm(double Timer>, 参数Timer的单位是us。因为运动控制卡要在控制周期内完成必要的控制计算，控制周期不能太小，因此设定的范围为48-1966.08us 。运动控制卡默认的控制周期为200us,这个控制周期对于普通的用户能够安全可靠地工作。一般情

11、况下，在程序中不应改变控制周期值，否则会出现不可预期的后果。rqyn14ZNXI2.2.2 运动控制模块该运动控制卡可以实现单轴及多轴协调运动。对于单轴所执行的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，通过设置合适的PIDP空制参数，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，正确的设置坐标映射，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_M

12、apAxis(shortAxis_Num,double * map_count> 将控制轴由单轴运动控制模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、稳定的连续运动。这些运动操作都是相互独立的，在控制面板中每个操作按键对应一个独立的事件。6ewMyirQFL2.2.3 运动状态显示模块通过调用GT_GetAltPos(long * Apos> 和 GT_GetPrfPnt(double* Pnt> 分别获得当前轴的实际位置和坐标系各轴的坐标位置，参数*Apos返回实际位置，双精度参数*Pnt指向一个长度为4

13、的数组。然后转换成各电动机的实际角度，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的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。 y6v3ALoS89_lh .SrJjKi-nS nlikf 23 gh片 I：aiirrnrriASJBE JI Vt.Z -1 J - JL_JI«nbrflllKF 3国刊

14、网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由事旧版Hl fff sIM »1 IE；LiyH «1 J=叫* R图6设置对谛框单轴控制模块，先在OnInitDialog< )中添加如下代码，进行初始化工作：GT_Open(GT_Reset(。GT_LmtsOff(。GT_AlarmOff(。GT_CtrlMode(0。GT_CloseLp(。在CRobot2008Dlg中添加成员变量m_Kp,m_Ki,m_Kd,m_Pos,m_Vel,m_A新作原型说明。然后在“

15、单轴运动”按钮添加BN_CLICKED息响应的函数M2ub6vSTnPOnButtonSrtMov<),并在函数中添加如下代码: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“单轴停止”按钮BN_CLICKEBD应函数OnButtonStop)中添加代码：GT_AxisOff( 。GT_Close(。四轴协调运动的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_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，运动显示模块经编译无