基于运动控制卡的控制系统的设计与实现 Design and implementation

学校代码：学号：毕业设计（论文）BACHELOR DISSERT A TIO N论文题目：基于运动控制卡的两关节机械手臂控制系统设计学位类别：学科专业：机械设计制造及自动化作者姓名：导师姓名：完成时间：基于运动控制卡的两关节机械手臂控制系统设计摘要本次两关节的机械手控制系统的设计，我们用控制卡来进行设计。

通过微软公司开发的VC6.0软件，编制运动控制系统的控制界面，再在界面中的命令控件中进行参数的设置、代码编写。

继而把界面程序一一导入到我们所用的GT这一系列运动控制卡中，通过导入程序后的运动控制卡，来进行驱动电机的驱动器，继而再通过驱动器驱动伺服电机，同样地，之后就是通过伺服电机输出轴的输出的速度、转矩和转向，带动两关节机械手的运动。

这也就是说，最后机械手的运动轨迹就是我们之前在控制界面中通过代码设置的预定动作。

当然，在本次运动控制系统中还包括其他的辅助环节，比如各个器件之间的连线等。

本文介绍的控制系统，这当中最主要的部分当然是运动控制卡。

介绍了运动控制卡的硬件、接线方式、软件构成和里面的开发环境、信息传递与处理机制；两关节机械手等；与此同时，本篇论文也介绍了VC6.0编程的特点及调用函数的方式。

这次之所以基于运动控制卡进行设计，那是因为运动控制卡与以前的设备比较起来，有许多优点。

首先，运动控制卡用起来不麻烦，我们要做的就是在电脑上进行编程，对专业软件要求不高；还有就是，有很多新的能力，可以实现各种各样的轨迹控制；最后，它的结构不是分散的，能用在很多场合，与此同时，用户可以根据实际需要进行扩充。

关键词：运动控制卡； VC6.0；控制界面；机械手Based on the motion control card of two joint mechanical armcontrol system designABSTRACT.The two joints of the manipulator control system design, we use control card for design By Microsoft's VC6.0 software to compile the interface of the motion control system, then Set up the parameters and compile in the interface of the control design and compile codes, Then import the interface program to GT series of movement control CARDS, by importing the program to the movement control CARDS to drive the servo motor drive, then through the drive servo motor drive, in the same way, then through the output of the servo motor output shaft speed, torque and steering, driving motion platform movement. This means that in the control before the final motion platform trajectory is our interface through the reservation code is set. And, of course, in the motion control system includes other auxiliary links, such as the connection between each device, the rise and fall of pen rack, etc.This paper expounds the main content of the base principle and composition of control system, which core part is the movement control CARDS, motion control card was introduced in detail the hardware, the inside of the connection mode, software composition and development environment, information transmission and processing mechanism; The composition of two joints of the manipulator; At the same time, this paper also introduces the characteristics and calling function of VC6.0 programming approach. The design of motion control system is based on motion control card, that's because the movement control CARDS compared with the traditional numerical control device, has many advantages. First of all, the movement control CARDS of easy operation, as long as the simple programming can be on the computer, does not necessarily need very professional CNC software; Second, its function has been enhanced, can achieve a variety of trajectory control; Finally, it is the structure of the integrated modular, strong commonality, at the same time, the user can according to the actual need for expansion.KEY WORD: motion control card; VC6.0; Control interface; manipulator第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2开放式控制系统 (1)1.3 设计任务 (2)1.4设计要求 (2)第二章本次控制系统的结构组成 (3)2.1运动控制系统简介 (3)2.1.1 GT系列运动控制器 (5)2.1.2 伺服电机驱动器 (6)2.1.3 伺服电机 (6)2.1.4 两关节机械手 (7)2.2 安装步骤 (7)第三章系统控制界面的制作及程序的编写 (10)3.1 V C++编程 (10)3.1.1 V C 6.0介绍 (10)3.1.2 控制界面的编制 (12)3.2 动态链接库和GTCard类 (14)3.2.1动态链接库的调用 (14)3.2.2 GTCard类 (15)3.3 界面控制程序的编制 (17)3.3.1初始化程序 (17)3.3.2 回零程序 (18)3.3.3 曲线模式 (19)3.3.4 点动程序 (21)3.3.5 停止程序 (22)3.3.6 退出程序 (23)3.4 多轴协调运动 (24)3.4.1 坐标映射 (24)3.4.2 两轴直线插补 (24)3.4.3 两轴圆弧插补 (25)3.4.4 自定义曲线 (26)3.5 编译与运行 (28)第四章设计成果与不足 (30)第五章总结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第一章绪论1.1 课题背景随着我们人类自身的进步与发展，尤其表现在对知识的越来越懂和科技的研发加快、人类对劳动这个概念的转变、市场效益及利益驱动，人们制造出了各种机器来代替人工劳动，这是一次举足轻重的工业革命。

基于运动控制卡的转台控制系统设计作者：高群马俊林来源：《电脑知识与技术》2015年第06期摘要：设计了一种转台运动控制系统。

采用凌华PCI-8014A运动控制卡产生脉冲和方向等控制信号给伺服驱动器驱动伺服电机。

采用VC++ 编写控制程序软件，通过调用运动控制卡的函数库，实现转台系统的转速，加减速的实时闭环控制，达到了良好的控制效果。

关键词：运动控制卡；伺服控制系统；VC++中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0220-02Designof Turntable Control System for DMD Based on Motion Control CardGAO Qun， MA Jun-lin（Research and Development Center for Opto-electronic， Changchun Institute of Optics ，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences， Changchun 130033， China）Abstract： A turntable motion control system is designed. The signals of pulse and direction are produced by the ADLINK’s PCI-8134A motion control card and passed to the servo driver driving the servo motor. The control program software is writed by VC++. It realizedthe real time closed loop control of turntable system’s speed ，acceleration and deceleration and achieved good control effect.Key words： motion control card；servo control system；VC++随着工业的迅速发展，生产制造领域的自动化程度越来越高，人们对数控系统的灵活性要求越来越高。

基金颁发部门：国家自然科学基金委；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：牟轩沁，邓振生；备注：本论文是基金项目中仪器设备研究科目："控制X线机双能量曝光的控制设备"的控制方法研究之一。

基于运动控制卡的控制系统的设计与实现 Design and implementation of motion control systembased on motion control card柳叶青1，*邓振生1，陈真诚1，牟轩沁2LIU Ye-qing1, DENG Zhen-sheng, CHEN Zhen-cheng, MOU Xuan-qin2（1.中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所，湖南 长沙 410083；2.西安交通大学电子与信息工程学院图像处理与模式识别研究所，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, The School of Electronic and Information 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控制卡的运动控制系统。

该系统以工控计算机、通用操作系统、PCI-8134多轴运动控制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）独立运动、各个轴的连续直线运动以及梯形加减速运动等功能。

基于DMC运动控制卡的运动控制系统设计及实现试讲人:赵本利时间：2011-4-13 地点：佛职院机电系授课方式：讲授/实操重点：运动控制卡编程（实现）、系统控制方案的全面性（设计）难点：编程语言学习（实现）导入：（任务布置）1、运动控制应用领域：包括医疗（CAT扫描仪）、半导体（电路板特型铣）、纺织（地毯编织机）、物料搬运（包装机械）、食品加工（精密切肉机）、机床（超声焊接机）、产业机械（座标检验）、航天（空间摄像控制）、测试测量等等十分广泛。

2、系统控制方案要求：协调性、可靠性、稳定性、精密性。

正文：1、系统组成：主计算器、运动控制器、功率放大器、电机、传感器，即众所周知的闭环伺服系统。

一种典型的伺服系统如图1所示：图1、典型的伺服系统1.1、总体解说控制DC电机，用增量式编码器的数字位置系统伺服（亦适用于带有旋转变压器或绝对值编码器的AC或液压电机的系统）。

系统中各个元件的工作类似于人体，电机和功率放大器的结合VS于使人的四肢活动的肌肉。

功率放大器产生驱动电机所需要的电流，电机是产生运动的元件。

控制器是命令运动的智能元件，亦即系统的大脑。

它产生用于功率放大器的信号，称作运动命令。

位置传感器的功能类似于人的眼睛，它检测电机的位置并将结果告知控制器，即形成闭环。

闭环系统接收来自外部的命令，通常是主计算机，继续与人类社会相比较，命令源可以视作老板，产生命令，经常要求状态报告。

用其它方式如PLC，终端或开关组亦可产生命令。

1.2、部分解说：电机：更确切地讲，就是将电流转换成旋转扭矩。

DC电机的关键参数有扭矩常数Kt，电机电阻r，转动惯量Jm和最大扭矩。

扭矩常数单位为Nm/A或oz-in/A，它表示每个电流单位电机产生的扭矩量大小。

Eg:一台扭矩常数为0.1Nm/A的DC电机将2A电流转换成0.2Nm的扭矩。

电机特性是它所产生扭矩的大小，扭矩大小用两个参数来表达：连续扭矩和峰值扭矩。

功率放大器：一般是0～±10V输入端是模拟信号，利用线性放大器或脉宽调制（PWM）放大器方式来产生所需电压或电流，PWM放大器产生在高、低电平之间切换的电压，大多数功率在100W左右的放大器，均采用PWM方法以减少功率损耗。

运动控制系统设计与实现随着工业自动化的发展，运动控制系统在控制技术方面的应用越来越广泛。

它不仅可以提高工作效率和品质，而且可以节约人力、物力和时间。

在各种应用方面，运动控制技术已成为现代自动化的关键技术之一。

一、运动控制系统概述运动控制系统是将运动控制程序运行在工业控制器上，通过对控制器输出的运动指令的控制，实现对运动物体的控制。

运动控制系统包括控制器、驱动器、电机、模块和传感器等部件组成。

其中，控制器是整个运动控制系统的核心，它通过与人机接口和外部设备的通信，接收、处理、输出指令来实现系统的功能。

驱动器是连接电机和控制器的中间部件，它起到控制电机转速和角度的作用。

电机是运动控制系统的执行部件，它转动从而实现控制目的。

模块可以增加系统的功能，如通信模块、模拟量模块、数字量模块等。

传感器可以对控制对象采集实时数据并反馈，实现对控制对象的准确定位、速度和加速度的控制。

二、运动控制系统设计流程1.需求分析在运动控制系统的设计中，首先需要进行的是需求分析。

需要了解用户的需求、物体的运动要求、工作环境以及其他相关因素，以确定运动控制系统的基本功能与性能指标。

2.技术方案选择针对需求分析结果，可以选择适合的运动控制器、驱动器、电机、模块和传感器等部件，确定运动控制系统的技术方案。

3.硬件电路设计根据运动控制系统的技术方案，设计出硬件电路，包括一些关键电路的原理图和PCB板图等。

硬件电路设计与实现是运动控制系统设计的重要环节。

4.软件程序设计软件程序设计是运动控制系统设计的另一重要环节。

根据确定的技术方案和硬件电路设计，编写程序源代码，通过编译、链接等步骤生成可执行的程序。

软件程序设计是实现运动控制系统功能的关键。

5.系统调试在运动控制系统的设计和实现过程中，系统调试是必不可少的，它包括硬件调试、软件调试、系统运行调试和参数优化等过程。

系统调试过程需要对系统每项性能指标进行检测、分析和调整，以达到优化系统性能的目的。

兰州交通大学毕业设计（论文）摘要数控系统的开放性是当今数控系统发展的主流,开放式数控系统研究的目地是开发一种模块化的、可重构的、可扩充的控制系统的结构,以增强数控系统的柔性,在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地,从而可以快速的响应新的加工需求。

概述了数控系统的发展现状,介绍了开放式数控系统的结构,在此基础上提出了一套NC嵌入PC型的开放式数控系统,并对其软硬件进行了研究。

数控系统是一种以PC为硬件平台的控制系统，PC以其良好的开放性成为数控系统的基础。

开放式数控系统按其结构可以分为：NC嵌入PC型、PC嵌入NC型以及全软件型，在分析了这几种数控系统的优缺点后，重点研究了NC嵌入PC型的开放式数控系统，对其软硬件进行分析，设计出了数控系统的总控制框图，并使用VB做出了数控系统的控制界面。

关键字：数控系统；NC嵌入PC型；运动控制卡；硬件；软件1兰州交通大学毕业设计（论文）AbstractNowadays the characteristic of openness of the CNC systems is becoming one of the most important directions of CNC development. The research of openness into the CNC systems aims to build a modular, reconfigurable and expandable architecture of CNC systems to improve the system’s flexibility and to enable the re-development of the systems. As a result, the CNC systems can respond to the market quickly and economically.Based on the general situation about NC system development, it presents the architecture of opening NC-embedded PC system. It introduces the hardware and software in this system. The CNC system, which is a kind of control system based on PC hardware platform, is categorized according to the different functions of PC in the system. The opening style computerized numerical control system can be divided into three forms according to their structure: NC embedded PC structure, PC embedded NC structure and the whole software model. After the analysis of the advantages and disadvantages of these types of CNC systems, the study focuses on the opening NC embedded PC system’s hardware and software. By analyzing the overall control of the CNC, the author designs the general system block diagram and develops the control interface of the NC system by VBKey words: Computerized numerical control (CNC) system; Opening; NC embedded PC; Motion control card; Hardware; Software2兰州交通大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

运动控制系统的设计与实现第一章引言运动控制系统是指通过控制机械和电子设备的运动，以实现某些特定的目标。

它的应用范围很广，包括工业、农业、医疗、交通等领域。

在本篇文章中，我们将重点讨论运动控制系统的设计与实现。

第二章运动控制系统的组成运动控制系统主要包括以下几个方面的组成：1. 传感器：用于检测被控制物体的位移、速度、加速度等参数。

2. 执行器：用于对被控制物体进行控制，例如电机、液压缸等。

3. 控制器：用于接收传感器采集的数据，根据预设的控制算法计算出控制信号，控制执行器对被控制物体进行控制。

4. 供电系统：为控制器和执行器提供电源供应，保证运动控制系统的正常运转。

第三章运动控制系统的设计运动控制系统的设计是一个复杂的过程，需要针对具体的控制对象进行定制化设计。

下面讨论运动控制系统设计中的几个重要方面。

1. 传感器的选择传感器的类型根据被控制物体的不同而不同，例如在控制机械臂的过程中，需要使用角度传感器、位移传感器等。

传感器的精度和灵敏度对于控制系统的性能和稳定性有着很大的影响，在设计中需要根据实际需要灵活选择。

2. 控制算法的设计控制算法是运动控制系统的核心，需要根据被控制物体的特点和控制目标进行设计。

例如在机械臂的控制中，可以采用PID控制算法进行位置控制，速度控制和力矩控制。

3. 控制器的选择控制器一般有单片机、PLC或者工控机等。

在选择控制器时，需要根据控制的任务和要求，选择适合的控制器。

例如在小规模控制任务中可以使用单片机，但在复杂控制任务中需要使用工控机。

4. 系统的可靠性设计在运动控制系统的设计中，需要考虑到系统的可靠性，尽可能的降低故障率。

例如可以采用备件系统来解决某些关键部件故障的处理。

第四章运动控制系统的实现运动控制系统实现主要包括以下几个步骤：1. 系统的硬件搭建系统的硬件包括传感器、执行器、控制器、供电系统等。

在搭建过程中需要特别注意硬件的兼容性和稳定性。

2. 控制算法的编写控制算法的编写一般使用C语言、Python等编程语言进行编写。

基于FPGA 的运动控制卡的设计和实现摘要：基于FPGA 的运动控制卡采用脉冲加方向的闭环控制方式，具有结构简单，集成度高、实时性好等优点。

从硬件的构成、设计和算法实现等方面入手，阐述了运动控制卡的设计和开发。

用硬件描述语言VHDL （very high speed integrated circuitHDL）和原理图结合的方式对FPGA 编程实现系统的主要硬件逻辑和算法，从而提高了系统的灵活性和移植性。

在硬件算法上，采用乒乓操作处理高速的分频倍数数据流，提高了系统的实时性和控制精度；并且提出了一种基于加二计数器的分频算法，实现任意分频倍数的分频。

利用嵌入式调试工具SignalTap 对运动控制卡进行硬件调试和仿真，给出了相应的误差分析。

关键词：运动控制卡; 伺服电机; 分频; 现场可编程门阵列; 外设部件互连标准总线; 实时; 乒乓操作Design and realization of motion-controlling-card based on FPGALI Mu-guo, PENG Ping-liang0 引言传统的运动控制卡多采用单片机作为微处理器, 通过一些大规模集成电路实现对伺服电机的控制。

由于其结构较为复杂，因此在工作时，存在高频响应慢、控制精度低等缺点。

本文提出一种以FPGA （field-programmable gate array）和PCI9054 接口芯片为核心硬件的运动控制卡，内部硬件接口和算法通过对FPGA 的编程实现。

这样，既能很好地克服传统运动控制存在的缺点，又在灵活性和移植性等方面得到了很大的提高。

1 硬件构成与设计1.1 构成本文所述的运动控制卡是PCI（peripheral component interconnect）接口卡[1]，用Altera 公司生产的型号为EP1C6Q240C8的FPGA 作为编程逻辑器件，实现所有的硬件算法和反馈信号的检测。

采用脉冲加方向[2]的闭环控制方式对电机进行控制。

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计摘要：在QT集成开发环境下，基于RT Linux平台，通过PC机以及运动控制卡主从式控制结构，设计多轴联动控制系统，满足动态调度多任务请求的同时，从该系统的硬件、软件控制系统设计入手，实现并验证该系统多轴联动的任意轨迹插补运动可靠稳定性。

关键词:运动控制卡；多轴联动；开放式控制系统引言：伺服电机由于长期使用脉冲控制方式，影响系统兼容稳定性，因此需采用总线型伺服电机作为动力装置。

在本文中，借助QT开发平台，设计开放式多轴联动控制系统，结合EtherCAT 工业现场总线，并采用高稳定性的工控机、高速高精多轴运动控制卡、总线型伺服电机，构建开放式模块体系结构平台，以满足调度多目标、多工位的应用需求。

一、硬件控制系统设计硬件控制系统整体结构具有较强的拓展性，可以满足系统模块化设计要求，对于硬件控制系统结构的分析需要从PC 机、运动控制卡、伺服系统、反馈类传感器等部件入手：首先，PC 机作为系统的管理层，其主要功能包含以下几点：第一，建立HMI交互界面；第二，规划加工路径，产生加工程序，优化路径以及速度规划；第三，和运动控制卡之间做高速数据交互；第四，PC 机还具有监控以及管理功能，实时关注多轴联动系统运行动态，并加强对交互界面的管理。

其次，本文当中运动控制卡主要选取HUST品牌的A6E总线型运动控制卡A6EC-6型。

该运动控制卡独立于PC之外不依赖PC的稳定性，这使得控制耦合度大幅度降低。

不仅能够容纳大量的数据，同时也可以产生较高的总线传输效率。

运动控制卡当中的微处理器，可以将参数整合，形成高速位置指令，通过EtherCAT总线与伺服系统远程拓展模块进行连接，从而能够同步驱动和控制多颗伺服电机，提升运动控制卡构件系统整合能力。

再次，硬件控制系统结构当中的伺服电机系统主要功能为通过位置控制方式接收电机编码器位置反馈信号，从而根据信号实时调节运动控制参数，构建封闭的循环控制系统，准确寻找多轴联动位置和方向。

基金项目:研究生创新基地(实验室)开放基金项目(ｋｆｊｊ２０１５０５２０)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助作者简介:张浩(１９９１－)ꎬ男ꎬ山东德州人ꎬ硕士ꎬ研究方向为工业自动化控制ꎮＤＯＩ:１０.１９３４４/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０１８.０１.０５０基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计张浩ꎬ唐敦兵ꎬ郑庆康(南京航空航天大学机电学院ꎬ江苏南京２１００１６)摘㊀要:基于ＰＣ机和运动控制卡的主从式控制结构ꎬ开发了一种面向多任务请求的多轴联动控制系统ꎮ详细介绍了系统硬件架构ꎮ借助ＶＳ集成开发环境ꎬ开发Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的多轴联动控制系统ꎬ并实现了多轴联动的任意轨迹插补运动ꎬ验证了该系统的可靠性和稳定性ꎮ关键词:运动控制卡ꎻ多轴联动ꎻ开放式控制系统中图分类号:ＴＰ２７３㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７１￣５２７６(２０１８)０１￣０１８４￣０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉ－ａｘｉｓＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣａｒｄＺＨＡＮＧＨａｏꎬＴＡＮＧＤｕｎｂｉｎｇꎬＺＨＥＮＧＱｉｎｇｋａｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｏｓｔＰＣａｎｄｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｖｅｌｏｐｓａｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｔａｓｋｒｅｑｕｅｓｔｓａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｔａｉｌ.ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆＶＳｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｖｅｌ￣ｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｔｈｅｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｕｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄꎬｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｎｙｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｄｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ.ＩｔｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄꎻｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓꎻｏｐｅｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ０㊀引言伺服电机常见的控制方式多为单片机控制㊁ＤＳＰ控制㊁ＡＲＭ控制以及ＰＬＣ控制等ꎮ这些控制方式的实现较为复杂ꎬ需从底层开发做起ꎬ配线复杂ꎬ开发周期长ꎮ而通讯运动控制的方式可以避免传统脉冲控制方式带来的系统兼容性和稳定性问题ꎮ设计的多自由度煤样抓取系统作为机电一体化设备ꎬ其控制核心在于多轴联动插补运动ꎮ本文设计了基于运动控制卡的开放式多轴联动控制系统ꎬ其核心技术在于开放式模块体系结构平台与多轴运动伺服控制系统[１]ꎮ控制系统的整体架构以ＰＣ机为支撑单元ꎬ以运动控制卡为控制单元ꎬ以伺服电机为执行单元ꎮ采用ＤＭＣＮＥＴ通讯控制的方式ꎬ实现多轴高速联动ꎬ以满足多工位㊁多任务㊁多目标的机械手动态调度需求ꎮ基于ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ开发平台ꎬ层次化构建各系统功能模块ꎬ开发了软件系统ꎮ１㊀硬件控制系统设计硬件控制系统主要包含ＰＣ机㊁运动控制卡㊁伺服系统以及各类反馈传感器ꎮ控制系统硬件架构如图１所示ꎬ该架构易于保证系统进行模块化和开放式设计ꎬ增强系统的扩展性ꎮＰＣ机是系统的上位机管理层ꎬ负责搭建系统数据库ꎬ系统的控制指令以及数据信息均需经过数据库进行存储与处理ꎮ用于内嵌ＰＩＤ控制算法实时处理运动数据信息ꎬ图１㊀控制系统结构图通过建立ＰＣ机与运动控制卡间的通讯ꎬ精确调整电机转速ꎬ完成机械手终端的路径规划ꎮ此外ＰＣ机还用于机交互界面的管理以及多轴联动系统的监控ꎮ运动控制卡通过ＰＣＩ插槽内嵌在ＰＣ机中ꎬ系统采用ＰＣＩ总线型运动控制卡－ＰＣＩ－ＤＭＣ－Ｂ０１ꎮＰＣＩ总线传输效率高ꎬ支持即插即用ꎬ数据吞吐量大ꎮ运动控制卡实现运动模式切换㊁参数调节㊁路径监测等细节操作ꎮ多伺服电机的协同控制基于运动控制卡的微处理器(ＤＳＰ)ꎬ其共享多伺服电机的参数数据ꎮ程序设计过程中通过调用运动控制卡的动态函数库ꎬ整合处理关联参数ꎬ生成高速脉冲指令ꎬ实现多电机同步驱动ꎮ设计运动控制卡通过ＤＭＣ－ＮＥＴ总线高速连接伺服系统以及远程扩展模块ꎬ该架构大大提升了系统的整合能力ꎮ伺服电机控制方式采用的是位置(ＰＲ)控制ꎬ脉冲输出模式采用ＣＷ/ＣＣＷ方式ꎮ伺服驱动器通过读取数据缓冲区的通讯指令ꎬ实现对工作电机运转参数的实时调节ꎮ伺服驱动器通过采集电机编码器以及光栅尺的位置反馈信号ꎬ校正电机的运动控制参数ꎬ构成全闭环控制系统ꎬ实现多轴联动的精准定位[２]ꎮ此外控制系统还包括限位㊁４８１故障㊁报警以及原点信号等电路ꎮ２㊀软件控制系统设计２.１㊀控制系统功能要求针对终端机械手的具体功能ꎬ控制系统需满足以下４点要求:１)控制系统能够实现四轴联动ꎬ完成三维空间任意轨迹的插补运动ꎬ重点介绍ｘ㊁ｙ㊁ｚ轴的协调控制ꎮ２)控制系统能够实现任意工况下的回原点操作ꎮ３)控制系统能够快速响应多工位㊁多任务㊁多目标的动态请求ꎬ以最优路径完成动态调度ꎮ４)控制系统能够实现现场监控与手动调控功能ꎮ２.２㊀控制系统程序实现ＰＣＩ－ＤＭＣ－Ｂ０１运动控制卡封装动态函数库ꎬ支持Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的实时系统开发ꎮ依托ＶＳ平台ꎬ设计软件系统ꎬ主要实现系统数据处理㊁界面显示㊁手动调试等功能的模块化集成ꎮ软件系统开发总体思路采用模块化设计ꎬ各模块对应既定的功能集成[３]ꎮ系统功能模块可分为硬件初始化㊁参数设定㊁操作模式切换㊁动态调度算法实现㊁执行运动控制㊁状态监控等ꎮ程序设计流程如图２所示ꎮ图２㊀系统程序设计流程图１)控制系统硬件初始化系统程序设计的第一步是实现对运动控制卡及通讯总线等硬件设备的初始化ꎬ主要函数见表１ꎮ表１㊀初始化函数函数功能介绍ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｏｐｅｎ()启动程序时ꎬ初始化系统资源ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｐｃｉ＿ｉｎｉｔｉａｌ()初始化ＰＣＩ运动控制卡ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｉｎｉｔｉａｌ＿ｂｕｓ()初始化外部总线ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｃｌｏｓｅ()释放所有系统资源㊀㊀通过调用动态函数库中的相关函数ꎬ指定运动控制卡适配卡号ꎬ可实现运动控制卡的初始化操作ꎬ将所有寄存器恢复为默认状态ꎮ２)运动控制采用ＤＭＣＮＥＴ通讯控制的方式ꎬ上位机管理系统下达控制指令ꎬ运动控制卡通过ＤＭＣ－ＮＥＴ通讯方式操作伺服驱动器寄存器ꎬ实现电机运动控制ꎮ系统中多轴插补轨迹的实现是基于单轴运动控制ꎬ单轴可完成点位运动和连续轨迹运动ꎮ电机可实现Ｓ－Ｃｕｒｖｅ曲线与Ｔ－Ｃｕｒｖｅ曲线方式加减速ꎬ运动过程中可实现速度㊁位置以及转矩调节ꎮ最终实现系统三轴线性插补运动控制㊁二轴圆弧插补运动控制以及三轴螺旋插补运动控制等操作ꎬ完成终端机械手三维空间任意轨迹的连续运动ꎮ３)全闭环控制方法实现针对终端机械手定位精准㊁运动平稳的控制要求ꎬ结合经典ＰＩＤ算法ꎬ本文ＰＩＤ算法结合速度与加速度前馈增益以及前馈低通滤波器的特点ꎬ提出双环ＰＩＤ调节控制的方法ꎬ并采用扰动观察器来抑制低频扰动ꎬ调节比例㊁积分㊁微分３个环节来实现对系统的控制ꎮ控制算法框图如图３所示ꎮ5图３㊀ＰＣＩ－ＤＭＣ－Ｂ０１控制算法框图本文ＰＩＤ算法允许用户通过操作寄存器参数来实现增益切换功能ꎬ决定积分环节是否发挥作用ꎬ避免积分饱和现象ꎮ由于终端机械手的运动轨迹前期已离线规划完成ꎬ因此在连续运动状态下ꎬ可获得前馈信号的各阶导数与超前量ꎬ从而实现对控制系统的极点进行前期改造ꎮ通过设置速度和加速度前馈增益ꎬ可提升系统动态响应速度ꎬ减小跟随误差[４]ꎮ此外前馈环节的增加还可以实现对系统的相差和增益进行补偿ꎬ实现控制系统的完全追踪ꎮ为消除多轴联动过程中的高低频震荡现象ꎬ系统增加了闭环控制器ꎮ核心点在于该控制器的鲁棒性以及针对不确定扰动的抑制能力ꎮ通过采集系统的输出对象ꎬ经逆变换后作为系统的理论输入ꎬ与实际输入变量做比较ꎬ得到系统的扰动量ꎬ然后将扰动补偿给输出对象ꎬ即可抵消扰动的影响ꎮ通过逐步增大比例增益Ｋｐꎬ直至电机出现微震迹象ꎮ再降低Ｋｐꎬ增大Ｋｄꎬ降低系统超调量ꎬ实现系统参数整定操作ꎮ在电机运行过程中ꎬ可通过设置驱动器相对应的参数ꎬ选择电机加减速方式ꎬ该控制系统实现电机参照Ｔ－Ｃｕｒｖｅ和Ｓ－Ｃｕｒｖｅ速度剖面下的相对于绝对坐标进行加减速操作ꎬ具体实现ｕｓ层级的速度快速响应变化ꎮ４)Ｗｉｎｄｏｗｓ用户软件设计５８１基于ＶＳ开发平台ꎬ进行多轴联动系统控制界面设计ꎬ可实现启动多线程操作ꎬ运动指令手动设置ꎬ驱动器状态监测等功能ꎮ界面设计与模块化功能程序相匹配ꎬ可以有效调控硬件系统组件ꎮ本文对主要界面进行简要介绍ꎮ图５为单轴操作接口界面ꎬ窗口区分为６大功能区块ꎮ①区块实现运动控制卡的检索与初始化ꎬ伺服扩展单元的查找㊁选择㊁站号设置等功能ꎮ②区块通过调用相对应的动态函数库函数ꎬ实现伺服电机操作模式的切换ꎮ函数的具体定义如表２所示ꎮ③区块用于设置运动指令ꎬ包含初始速度㊁最大速度㊁运动行程㊁加速时间等参数ꎬ实现伺服电机不同运动状态的调节ꎮ④区块通过获取命令数值㊁反馈值㊁速度值㊁运动状态等参数ꎬ实现对伺服电机运动的监测ꎮ此外ꎬ可通过Ｒｅｓｅｔ按钮执行重置命令ꎮ⑤区块实现伺服电机运动速度与位置置换操作ꎮ⑥区块主要用于执行运动指令为正转㊁反转与停止等操作ꎮ图５㊀单轴运动控制界面表２㊀运动模式函数函数功能介绍ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｓｔａｒｔ＿ｓａ＿ｍｏｖｅ()参照Ｓ曲线进行绝对坐标运动ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｓｔａｒｔ＿ｓｒ＿ｍｏｖｅ＿２ｓｅｇ()参照Ｓ曲线进行两段速相对坐标运动ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｓｔａｒｔ＿ｔａ＿ｍｏｖｅ＿２ｓｅｇ２()参照Ｔ曲线进行两段速绝对运动ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｓｔａｒｔ＿ｔｖ＿ｍｏｖｅ()参照Ｔ曲线下的速度运动控制ＣＳ＿ＤＭＣ＿０１＿ｓｔａｒｔ＿ｖ３＿ｍｏｖｅ()增加ＥｎｄＶｅｌ的单轴运动㊀㊀图６为多轴联动操作界面ꎬ窗口区分为７大功能区块ꎮ多轴联动功能的实现基于单轴运动的精确控制ꎬ后者的功能界面也是前者的高度集成ꎮ两者的界面形式存在诸多相同点ꎬ诸如运动控制卡的初始化㊁运动参数的设置与监测以及运动指令的执行等操作ꎮ差异性体现在以下几点:１)增添了二轴㊁三轴线性插补ꎬ三轴螺旋插补㊁二轴圆弧㊁螺旋插补等运动模式ꎮ２)增添了圆弧中心坐标㊁螺旋高度㊁ｚ轴深度等参数设置ꎮ３)实现了多轴协调控制ꎬ完成了多轴联动操作ꎮ通过点击⑤区块的命令执行按钮ꎬ即可实现多轴联动操作ꎮ结合现有三坐标实验平台ꎬ进行多轴联动控制系统的图６㊀多轴联动控制界面现场联调ꎮＰＣ机通过运动控制卡发出运动指令ꎬ伺服电机带动线性模组移动ꎮ通过光栅尺反馈位置以及伺服电机编码器反馈信息获取定位信息ꎮ通过多次实验ꎬ设定不同的目标位置㊁运行速度㊁加速度等参数ꎮ经过数据处理ꎬ得到结果为各轴高速动态响应:正反向误差:０.５ｍꎻ重复定位精度:５８μｍꎻ综合定位精度:１５.６μｍꎻ三轴联动响应时间１０μｓ内ꎮ该测试结果与传统的控制器加配线的方式相比ꎬ定位精度都有所提高ꎬ实现了多轴的高速联动ꎬ满足了多工位的复杂动态调度请求ꎮ３㊀结语以ＰＣ机为平台ꎬ基于运动控制卡的通讯控制技术ꎬ结合Ｗｉｎｄｏｗｓ开发环境ꎬ在ＶＳ平台上开发上位机管理软件ꎬ实现了多伺服电机的协调控制ꎬ使终端机械手能够完成三维空间内任意轨迹的动态插补运动ꎬ满足了多工位㊁多任务㊁多请求的系统目标ꎬ使系统具备极强的可移植性与开放性[５]ꎮ利用ＰＣＩ－ＤＭＣ－Ｂ０１运动控制卡提供的动态函数库ꎬ采用Ｃ＃编程语言编制多轴联动的实验平台界面ꎮ该界面实现了单轴速度㊁位置运动控制ꎬ二轴线性以及圆弧插补运动控制ꎬ三轴线性㊁螺旋插补运动控制ꎮ在该界面上ꎬ可方便设置㊁监测多伺服电机的运动参数ꎬ实现运动轨迹显示功能ꎮ最终结合四自由度煤样抓取实验平台ꎬ充分验证了该控制系统的可靠性与稳定性ꎮ参考文献:[１]江小玲ꎬ舒志兵.基于ＣＡＮ总线多轴伺服电机的同步控制[Ｊ].机床与液压ꎬ２０１２ꎬ４０(８):１２０￣１２２.[２]刘洋.永磁同步电机伺服系统实用技术的研究[Ｄ].南京:南京航空航天大学ꎬ２０１０:２０￣３６.[３]张剑ꎬ殷苏民.基于运动控制卡的开放式数控系统研制[Ｊ].机床与液压ꎬ２００３(３):１７１￣１７５.[４]鲁文其ꎬ胡旭东ꎬ史伟民ꎬ等.基于扰动补偿算法的拉床主溜板双伺服同步驱动控制策略[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１３ꎬ４９(２１):３０￣３７.[５]刘思捷.ＣＡＮｏｐｅｎ协议在伺服系统中的软件实现与植入研究[Ｄ].武汉:华中科技大学ꎬ２０１１.收稿日期:２０１６０４１９６８１。

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.控制系统地硬件主要有4部分组成：PC机，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PC机，固高公司地GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon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PC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PWM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.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-PCI可以同步控制4个轴，实现多轴协调运动.其核心由ADSP2181数字信号处理器和FPGA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Windows下地动态链接库，可实现复杂地控制功能.主要功能如下：（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；（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；支持DOS、WindowsNT/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.控制卡结构及端子板地接口如图3所示.1.2直流永磁电动机PWM驱动基本原理图4为利用开关管实现直流电动机PWM调速控制地原理图和输入输出电压波形.当开关MOSFET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.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.2 基于GT-400-SV-PCI卡地软件设计GT-400-SV控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Windows2000系统下利用Visual C++6.0地MFC以面向对象方式进行编程.控制卡在Windows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—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地函数.2.1 Windows程序内部运行原理因为Visual C++6.0是Windows开发语言，所以用Visual C++6.0开发程序之前首先需要弄清楚Windows程序内部运行机制.在Windows环境下地软件开发是完全不同于DOS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.2.2 程序设计运动控制卡接受PC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.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_Open（）打开运动控制器设备GT_Reset（）复位运动控制器GT_SetSmplTm（）设置控制周期GT_LmtSns（）设置限位开关地有效电平GT_EncSns（）设置编码器地记数方向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(double Timer),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.2.2.2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.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.4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_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.2.2.3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.2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 AppWizard[exe]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.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_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：GT_Axis();GT_AxisOn();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OnButtonStop（）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_count).double cnt1[5]={1,0,0,0,0};double cnt2[5]={0,1,0,0,0};double cnt3[5]={0,0,1,0,0};double cnt4[5]={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-DOF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.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.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.GMsIa。

中文摘要直流无刷电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。

直流无刷电动机由于无换向器和电刷组成的机械接触结构，大大降低了电机运行中的机械摩擦、噪声，提高了电机的使用寿命和运行稳定性。

正是因为以上优点，直流无刷电机在航空航天、工业、船舶、和民用等领域被广泛应用。

但是直流无刷电机在控制过程中依旧有很多难题，如位置传感器的安装精度、电机参数的改变等，从而使得电机的稳定性能降低。

随着现代控制理论以及现代电力电子技术的高速发展，直流无刷电机控制系统的研究开始受到人们的重视。

本文设计的直流无刷电机控制系统，主要由计算机、PCI-1710控制采集卡、直流无刷驱动器、直流无刷电机组成。

通过PCI控制卡发出模拟量信号对直流电机进行速度控制。

由驱动器将霍尔传感器的信号转换为脉冲信号，经PCI控制卡检测转速。

通过LabVIEW在计算机上设计转速控制、检测以及PID控制程序，完成对整个系统的实时控制。

主要内容包括硬件的连接和软件的设计关键词：直流无刷电机；PCI控制卡；LabVIEWⅠAbstractBrushless DC motor in a brush DC motor developed on the basis of. Brushless DC motor has mechanical structure of no commutator and brush, which greatly reduces the mechanical friction, noise during the operation of the machine, and improves the stability of the operation and the service life of the motor. Just because of the above advantages, Brushless DC motor is widely used in aerospace, industry, marine, and civil fields.But the brushless DC motor still have many problems in the control process, such as the installation accuracy of position sensor, and the change of the parameters of the motor voltage, which will reduce the stability of the motor. With the rapid development of modern control theory and the modern power electronic technology, the control system of Brushless DC motor is paid more attention.The DC motor control system designed in this paper is mainly composed of a computer, PCI-1710 card, brushless DC driver and DC brushless motor. PCI control card will send the analog signal to control the speed of a DC motor. The driver converts the signal from hall sensor into pulse signal, the PCI control card will complete the detection of the rotation rate. Through the LabVIEW we designed the speed control, detection and PID control program on the computer, which will complete the real-time control of the whole system. The main content includes the hardware connection and software design etc..Keywords：Brushless DC motor; PCI control card; LabVIEWⅡ目录中文摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 课题的背景及研究意义 (1)1.2 直流无刷电机控制系统的研究 (3)1.3 PCI总线的应用 (7)1.4 课题研究的主要内容 (9)1.5 论文的组织结构 (9)第二章直流无刷电机控制原理 (11)2.1 无刷直流电机的结构 (11)2.2 无刷直流电机工作原理 (12)2.3 无刷直流电机PID调速原理 (17)第三章系统硬件设计 (21)3.1 PCI运动卡控制电机的实现方法 (21)3.2 硬件总体设计思想 (21)3.3 数据采集卡及接线端子板 (22)3.4 直流电机及其驱动器 (25)3.4硬件连线示意图 (26)第四章系统软件设计 (28)4.1 软件总体设计思想 (28)4.2 图形化编程软件LabVIEW简介 (29)4.3 PCI控制卡的各子程序设计 (30)4.3.1 转速控制程序 (30)4.3.2 转速检测程序 (35)4.3.3 PID控制程序 (39)4.4 总程序框图 (40)第五章实验与结论 (42)5.1 硬件的安装与测试 (42)5.2 软件测试 (44)5.2.1 转速控制程序测试 (44)5.2.2 转速检测程序测试 (45)5.2.3 PID程序测试 (47)5.3 结果分析 (49)第六章总结与展望 (51)6.1本文工作总结 (51)6.2 研究展望 (51)致谢 (53)参考文献 (54)附录一中文翻译 (56)附录二外文原文 (66)第一章绪论1.1课题的背景及研究意义直流无刷电动机是在直流有刷电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。

论文摘要本文介绍了一种自行研制的基于运动控制卡的实用于实验室及一般机械化的场所的工业机器人控制系统。

机器人具有三个自由度（即：RRP-------大臂回旋、仰角、小臂伸缩三个运动）和一个手爪开合动作，采用全电动驱动方式控制。

该控制系统以PCI---208系列TYIO运动控制卡为主要硬件设备，其它外围设备包括直流电机调速器、行程开关、光电编码器、中间继电器和与之配套的接口电路。

整个系统通过PCI—208运动控制卡实现对机器人各个关节的位置伺服控制和多个关节的协调控制，并与光电轴角编码器相组合构成一个全闭环系统，达到对机器人各个部位的转速和角位移量进行精确控制，实现其精准定位。

实践证明基于TRIO运动控制卡的工业机器人控制系统可以有效地提高整个机器人系统的性能及开发效率。

关键词：工业机器人；伺服电机；TRIO运动控制卡；PCI—208；AbstractThis thesis introduces a robot control system based on the TRIO sport control card. The robot has three freedoms degree( namely :RRP—The big arm return ,angle of elevating ,small arm flexible three sport ) open to match the action with a hand claw, adopt whole dynamoelectric drive the way control . The main hardware of the system is the series PCI—208 TRIO sport control the card ,other peripherals include the direct-current electrical engineering to adjust soon machine ,route of travel switch ,light electricity stalk Cape coder ,middle relay and its interface circuit.The whole system is controlled by the sport PCI-208 control card .It can control the position of all joint and make them work coordination .The system is a semi-close loop control with light electricity stalk Cape coders .So it can control the robot’s motion with high precision . It is practiced that the AGV robot based on the TRIO sport control card can work with high efficiency .Keyword: Industry robot; Servo motor ;Sport control card ; PCI-208; TRIO Control card前言机器人学是进40年来才发展起来的一门交叉学科，它涉及到机械工程、电子学、控制理论、传感器技术、计算机科学、仿真学、人工智能等学科领域。

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计摘要：现阶段，随着现代化建设的发展，工程领域的发展也越来越迅速。

基于PC机和运动控制卡的主从式控制结构，开发了一种面向多任务请求的多轴联动控制系统。

详细介绍了系统硬件架构。

借助VS集成开发环境，开发Windows环境下的多轴联动控制系统，并实现了多轴联动的任意轨迹插补运动，验证了该系统的可靠性和稳定性。

关键词：运动控制卡；多轴联动控制；系统设计引言伺服电机常见的控制方式多为单片机控制、DSP控制、AＲM控制以及PLC控制等。

这些控制方式的实现较为复杂，需从底层开发做起，配线复杂，开发周期长。

而通讯运动控制的方式可以避免传统脉冲控制方式带来的系统兼容性和稳定性问题。

设计的多自由度煤样抓取系统作为机电一体化设备，其控制核心在于多轴联动插补运动。

本文设计了基于运动控制卡的开放式多轴联动控制系统，其核心技术在于开放式模块体系结构平台与多轴运动伺服控制系统。

控制系统的整体架构以PC机为支撑单元，以运动控制卡为控制单元，以伺服电机为执行单元。

采用DMCNET通讯控制的方式，实现多轴高速联动，以满足多工位、多任务、多目标的机械手动态调度需求。

基于MicrosoftVisualStudio开发平台，层次化构建各系统功能模块，开发了软件系统。

1硬件控制系统设计硬件控制系统主要包含PC机、运动控制卡、伺服系统以及各类反馈传感器。

该架构易于保证系统进行模块化和开放式设计，增强系统的扩展性。

PC机是系统的上位机管理层，负责搭建系统数据库，系统的控制指令以及数据信息均需经过数据库进行存储与处理。

用于内嵌PID控制算法实时处理运动数据信息，通过建立PC机与运动控制卡间的通讯，精确调整电机转速，完成机械手终端的路径规划。

此外PC机还用于机交互界面的管理以及多轴联动系统的监控。

运动控制卡通过PCI插槽内嵌在PC机中，系统采用PCI总线型运动控制卡－PCI－DMC－B01。

PCI总线传输效率高，支持即插即用，数据吞吐量大。

第35卷 第4期 2013-04(上)【1】收稿日期：2012-11-08作者简介：洪晓燕（1986 -），女，在读硕士研究生，研究方向为数控技术与装备。

基于运动控制卡的6-DOF 切削机器人控制系统设计The design of 6-DOF cutting robot control system based on the motion control card洪晓燕，王友林，刘　坤，张　文，徐　栋HONG Xiao-yan, WANG You-lin, LIU Kun, ZHANG Wen, XU Dong(山东理工大学，淄博 255049)摘 要：针对一个六自由度的切削机器人，设计了基于运动控制卡的控制系统，该系统采用“PC+运动控制卡”的开放式控制方案。

在Windows操作系统上，通过Visual C++ 6.0编辑界面程序，调用控制卡的运动库函数，结合控制卡产生的脉冲信号和方向信号控制步进电机的运转，从而实现对机器人的实时控制。

关键词：切削机器人；运动控制卡；步进电机中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)04(上)-0001-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2013.04(上).010 引言工业机器人的发展技术水平及其应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。

以日本为代表的不少国家一直在努力发展他们的机器人技术，不过目前普遍使用的是焊接、喷涂、搬运以及堆垛等工业机器人，切削机器人的使用还有很大的提升空间。

六自由度切削机器人控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统。

传统的机器人多采用的是封闭式控制系统，随着工业机器人的广泛应用以及智能控制体系的发展，传统的机器人控制系统所具有的软件兼容性、容错性和实时性差以及缺少网络功能等缺点使其已不能满足现代工业和社会发展的要求，所以开放式控制系统应运而生，并很快成为一种重要的工业标准。