多轴电机同步运动控制器设计

GUC-T系列嵌入式多轴运动控制器集成了工业计算机和运动控制器，采用英特尔标准x86架构构成的CPU和芯片组为系统处理器，高性能DSP和FPGA为运动控制协处理器。

GUC-T系列嵌入式运动控制器提供计算机常见接口及运动控制专用接口，在实现高性能多轴协调运动控制和高速点位运动控制的同时，具备普通PC机的基本功能。

通过GUC-T系列提供的VC、VB、C#、Labview等开发环境下的库文件，用户可以轻松实现对控制器的编程，构建自动化控制系统。

GUC-T系列嵌入式运动控制器可用于机器人、数控机床、3C设备、固晶机、焊线机、激光切割、激光焊接、包装机械、钣金设备、木工机械、等离子/火焰切割等要求高速、高精度运动控制的设备。

特点4/8轴运动控制DSP高速运动规划FPGA精确锁存脉冲计数，多轴同步控制支持点位（Trap）、速度（Jog）、电子齿轮（Gear）、电子凸轮（Follow）、位置时间（PT）、位置速度时间（PVT）支持任意2轴直线、圆弧插补，支持任意3轴、4轴直线插补，空间螺旋线插补具有前瞻预处理算法、反向间隙补偿、螺距误差补偿嵌入式计算机与运动控制器无缝连接，提高用户控制系统的可靠性和稳定性无风扇设计，可工作于恶劣环境概述系统架构伺服驱动+电机IO模块辅助编码器智能相机gLinkeHMIVGAEthernet端子板订货信息尺寸图控制器扩展IO模块* 各个型号的控制器安装尺寸相同各个型号的扩展IO安装尺寸相同4轴端子板8轴端子板固高科技（深圳）有限公司Tel.: +(86) 755-26970817E-mail: googol@ Web: 固高科技（台湾）有限公司Tel.: +886-4-2358-8245E-mail: googoltw@声明对于上述产品型号及描述，固高公司保留未经事先声明加以修改的权利。

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基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统张从鹏;赵康康【摘要】以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制系统.提出了STM32作为系统管理芯片,通过SPI通信控制ET1200从站控制芯片实现Eth-erCAT总线从站通信功能的解决方案;并采用FPGA作为协处理器,完成运动控制算法的实现和执行.完成了运动控制系统的硬件电路设计和软件开发,并制作了样机.经试验测试,实现了EtherCAT总线通信功能,采用TwinCAT完成了闭环运动控制,并且可以独立工作实现运动规划,满足工业控制工程中的应用要求.%An EtherCAT bus based multi axis motion control system was designed based on ARM and FPGA , after systemat-ically study on EtherCAT technology .The solution of main control chip STM 32 controlling ET1200 through SPI was presented .A motion control algorithm based on FPGA was developed .The specific hardware circuit and software of control system was de-signed, and a prototype was produced .The experiment demonstrates that the communication function of EtherCAT bus was real -ized, and the closed-loop motion control was completed by TwinCAT .Motion control system can work independently to achieve motion planning , meetting the application of industrial control in engineering .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P115-118,122)【关键词】EtherCAT;多轴;STM32;运动控制;FPGA;插补算法;TwinCAT【作者】张从鹏;赵康康【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP23现代制造系统正朝着柔性化、开放化、网络化方向发展，覆盖多学科、多领域相关技术。

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.25.011基于FPGA的SpTa自适应电机控制算法王岩(桂林电子科技大学计算机科学与工程学院 广西桂林 541004)摘 要：针对现有步进电机控制器的不足，设计一种基于FPGA（Field－Programmable Gate Array）的SpTa自适应电机控制算法。

本算法通过简单的数学运算和极低的资源占用、利用FPGA并行执行的特点，实现了多轴同步运动、加减速过程加速度可调的自适应电机控制。

使用SpTa算法实现加速度自适应的电机加减速运动，具有很好的实用性。

关键词：FPGA 电机控制算法 SpTa 多轴同步控制器中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)09(a)-0011-02医疗设备、工业设备的运动控制系统中，需要多个步进电机同步多角度的运动，以实现复杂的多方位控制。

步进电机的驱动控制常用的有PLC、MUC、FPGA等方式，其中PLC控制成本较高，不适合在低成本的方案中使用，单一MUC无法实现多电机的同步运动，FPGA的并行执行及低成本的特点能很好地实现在低成本方案中多电机的同步运动。

现有的电机控制技术主要通过加减速算法实现步进电机的平滑运动，加减速算法常用的有梯形加减速、S型加减速。

梯形加减速算法加速和减速过程中加速度为一个常数，在FPGA上实现该算法的原理比较简单，但是该算法加速不平稳，冲量比较大，运行精度低。

S型加减速算法加速和减速过程中加速度按照加加速、匀加速、减加速的过程完成整个变速过程，该算法加速平稳，冲量小，但是加速度时间比较长，在FPGA上实时计算加速过程的加速度计算量大，占用的FPGA资源比较大，耗时比较长，进而影响实时性。

根据FPGA芯片的特点及现有技术的不足，提出一种用于控制步进电机的基于FPGA的SpTa自适应控制算法。

该算法在FPGA上使用简单的加、减、移位运算，使用很少的资源实现多个步进电机的同步平稳运动。

多电机同步控制系统的设计
电机同步控制系统是一种电机控制系统，可同时控制多架电机。

该系统可实现多电机同步驱动，从而更好地控制输出动力。

在这里，我们讨论的是如何设计一个可以控制多架电机的同步控制系统。

1. 首先，需要分析多架电机之间的联系，确定要控制的每个电机的位置信息，以及动力控制精度。

2. 然后，完成电路设计，构建一个适应每个电机的控制系统，同时确定每个电机的输入和输出参数。

3. 接下来需要编写调试电机控制程序，以保证每个电机保持同步处于正确位置，同时控制输出动力。

4. 最后，需要进行测试，确保设计的电机同步控制系统满足用户的要求，以及能够正常运行。

两个设备同步运动机械结构概述及解释说明1. 引言1.1 概述同步运动机械结构是一种重要的工程设计技术，它在现代工业领域中得到广泛应用。

通过有效地将两个或多个设备的运动和操作进行协调和同步，同步运动机械结构可以提高设备的生产效率和性能，并实现更精确的控制。

本文将对同步运动机械结构进行综述和解释说明，以便读者对其原理、分类及应用前景有清晰的了解。

1.2 文章结构本文主要包含以下几个部分：引言、同步运动机械结构的定义和原理、设备A 的同步运动机械结构详解与分析、设备B的同步运动机械结构详解与分析、对比与总结。

首先，我们将从引言开始介绍本文的主题和目标，并说明文章整体结构。

1.3 目的本文旨在全面介绍同步运动机械结构的定义、原理以及其在实际应用中的优势和展望。

通过对设备A和设备B两种不同类型设备的同步运动机械结构进行详细解析与分析，读者可以深入了解具体实例，并从中学习到相关设计和应用的方法和技巧。

最后，通过对设备A与设备B同步运动机械结构的异同进行对比总结，并展望其在工业领域中的前景和应用潜力，读者可以获得深层次的理解和启示，为未来的工程设计提供参考和指导。

2. 同步运动机械结构的定义和原理2.1 什么是同步运动机械结构同步运动机械结构是一种可以实现多个设备或部件同时进行协调运动的工作方式。

它通过特定的设计和控制手段，使不同的设备或部件能够以统一的速度和方向进行匹配运动，从而实现精确协作和高效合作。

2.2 同步运动机械结构的分类根据不同的应用场景和工作原理，同步运动机械结构可以分为多种类型。

常见的分类包括：- 步进电机系统：利用步进电机控制系统来实现精确定位和同步驱动。

- 伺服控制系统：采用伺服电机和反馈装置来实现高速、高精度的同步控制。

- 齿轮传动系统：通过齿轮传递力量和转速来实现多个设备之间的同步运动。

- 液压系统：利用液压传动装置来实现稳定、平滑且高扭矩输出的同步操作。

2.3 同步运动机械结构的原理和作用同步运动机械结构主要依靠合理设计的传动装置和控制系统来实现多个设备之间的同步运动。

用数据库是十分必要的。

S Q L数据库在数据存储和分析上已经具备相当完备的功能,对数据进行管理最好的方法就是使用数据库,今后数据库在数据存储方面也将起更大作用,其运用也会更广泛。

2　结语基于以上的介绍,现在对三种数据存储方式的适用范围作一个简单的归纳:1)运用V B中控件M S F l e x G r i d的存储方式。

在存储数据数量较少时,其操作方便快捷、显示简单明了,故常运用于一些要求不高的场合,且运用广泛。

2)运用V B操作E x c e l的存储方式。

E x c e l表格能存储和分析产品各项参数,由V B A程序可以实现对不合格量的数据统计,查看产品质量的合格率,从而提高工作效率。

E x c e l表格以其操作简捷方便,涉及内容全面,有着广泛的运用。

3)运用V B操作S Q L数据库的存储方式,这是目前最完备的数据存储手段之一。

S Q L数据库具有良好的查询和更新方法,能实现多重备份和受损修复,也更有安全性,同时它具有海量的存储能力,比较适合参数数量庞大的存储数据,真正实现多而不乱,查而不烦。

◆参考文献[1]宋广群,姚成.V B程序设计[M].中国科学技术大学出版社,2006.[2]李政,梁海英,李昊.V A B应用基础与实例教程[M].国防工业出版社,2005.[3]李丹,赵占坤等.S Q LS e r v e r2000数据库管理与开发实用教程[M].机械工业出版社,2005.[4]王洪香.利用V B6.0存储和显示S O LS e r v e r数据库中的图像数据[J].办公自动化,2006,(9):27-29.[5]A n d m x ST a n e n b a u m.计算机网络(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2000.作者简介:吴军(1983-),男,合肥工业大学仪器科学与光电工程学院在读研究生,研究方向为测试计量技术及仪器。

收稿日期:2008-06-18(8314)文章编号:1671-1041(2009)01-0021-03基于模糊P I D控制的多电机同步控制研究万鹏飞,王　莉(中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075)摘要:本文介绍了几种常用的同步控制策略并对比其控制性能,选取基于补偿原理的同步方式做为研究对象,采用模糊控制与传统P I D控制相结合的方法设计补偿器。

MCX314As型四轴运动控制器的原理及应用1 引言MCX系列运动控制器是日本NOVA公司设计的专用电路，其中MCX314As是NOVA公司最新的推出的4轴运动控制器，是对MCX314功能的改进和增强。

MCX314As以单个电路同时控制4个伺服系统或步进电机系统，可进行各轴独立的定位控制、速度控制，亦可在任意2轴或3轴中进行圆弧、直线、位模式插补。

MCX314As能与8/16位数据总线接口，通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等的运动控制和实时监控、实现圆弧、直线、位模式3种模式的轨迹插补，输出脉冲频率达到4MHz，每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点，能独立地设置为恒速、线性、非对称S曲线加/减控制、非对称梯形加/减速控制方式，并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器，实现位置的闭环控制，另外，较MCX314增加了自动搜寻原位、输入信号滤波器、同步动作、输出脉冲32位，圆弧/直线插补脉冲范围32位、完成S曲线加/减速的非对称、手动设定模式、位置计算器的可变环形、Z相输入的实位计数器的清除、实位计算器的增减反转等功能，同时，MC X314As对连续插补最终写入、圆弧插补终点指定、输入UP/DOWN脉冲的计算出错等作了相应的改善。

2 内部结构和主要功能图1为MCX314As的功能框图。

由相同功能的X、Y、Z和U轴的控制部分和插补计数部分组成，主要功能如下：2.1 4轴控制MCX314As通过脉冲序列驱动控制电机运动，4轴运动控制器中的4个轴都具有相同的功能，允许至多3轴联动，同时对于恒速驱动、插补或S曲线驱动都有相同的操作方法，S曲线加/减速驱动等4轴的性能相同。

2.2 速度控制对于恒速驱动、插补或S曲线加/减速驱动，输出脉冲的频率范围是1p/s-4mp/s，而输出脉冲频率的精度(时钟频率为16MHz）小于±0.1%，速度倍率为1-500，驱动脉冲输出的速度可以在不运行时自由变化。

目录台达 CODESYS 运动控制方案产品介绍运动控制器现场装置人机界面软件硬件规格选型说明产品信息台达 CODESYS 运动控制方案自动化和数字化在智能制造时代中扮演重要的角色。

机械制造商为了增加竞争力，积极寻找可以快速扩展设备开发和应用的方法，以减少机台建造所需投入的时间和人力。

台达和 CODESYS 集团合作，开发以CODESYS 平台为基础的全新运动控制解决方案。

CODESYS 平台为一符合IEC 61131-3标准且容易上手的整合平台。

此平台丰富的运动控制功能可以支持全球使用者多样化的应用，并方便落实到现有设备。

台达 CODESYS 运动控制方案整合PLC 、HMI 、和运动控制器的控制功能，并将其运用在不同的新产品中，包括PC-Based 运动控制器AX-864E 系列和PLC-Based 运动控制器AX-308E 系列。

此方案通过EtherCAT 运动总线，可同步控制台达交流伺服驱动器ASDA-A3-E 、ASDA-B3-E 、ASDA-A2-E 等系列、精巧标准型矢量控制变频器MS300 / MH300系列、泛用型矢量控制变频器C2000 Plus 系列、远端模块R1-EC 系列和DVP EtherCAT 远端I/O 模块。

完善、整合性高的台达 CODESYS 运动控制方案，可满足多样的应用需求。

PC-Based 运动控制器AX-864E 系列PLC-Based 运动控制器AX-308E 系列伺服驱动器PC-Based PLC-Based人机界面远端I/O 模块變頻器ASDA-A2-EASDA-A3-EASDA-B3-EAX-864EAX-308EDOP-100R1-ECDVP(EtherCAT 远端I/O 模块)C2000 PlusMH300MS300软件运动控制器现场装置●使用符合国际 IEC 61131-3 规范的CODESYS SoftPLC 开发软件和SoftMotion ●最多可支持 64 轴●无排线、无风扇的标准工业计算机等级架构 ●Intel x86 CPU●内置安全IC 系统，提升软硬件安全性 ●低电压检测机制和资料覆写功能 ●内置8组高速输入/输出接口●适合运用于工业机器人、木工、印刷、包装、印刷等行业●AX-308E CPU 最多可支持 8 轴 EtherCAT 伺服 (最短同步时间: 8轴 / 2 ms )●支持台达PLC AS 系列电源、数字IO 、模拟IO 和温度扩展模块 ●高效能: 基本指令的最短执行时间为5 ns●提供常用指令如位置、速度、扭矩、多轴补间、E-gear 、ECAM 等指令●内置16组DI 、8组DO 、2组增量编码器、SSI 绝对型编码器、RS232/485、Ethernet 和EtherCAT 通讯接口PC-Based 运动控制器AX-864E支持EtherCAT 通讯协议和基于CODESYS 的编辑软件，提供全面和整合的运动控制解决方案PLC-Based 运动控制器AX-308E支持 EtherCAT 通讯协议和基于CODESYS 的编辑软件，提供不同行业实时弹性的运动控制解决方案运动控制器现场装置交流伺服系统符合IEC 61158和IEC 61800-7现场总线标准；支持CiA402规格中所有CoE 模式和各项EtherCAT 命令模式ASDA-A2-EASDA-B3-EASDA-A3-E●CODESYS 原厂认证●通过ETG (EtherCAT Technology Group)兼容性测试认证 ●支持绝对型和增量型编码器伺服电机 ●支持高速位置抓取功能●ASDA-A3-E 和ASDA-A2-E 内置符合SIL2 (IEC EN 61508 & IEC 62016) / Cat. 3 PL=d (ISO 13894-1)标准的安全扭矩停止功能 (STO, Safe Torque Off)●高阶交流伺服驱动器●同步周期短，适用于多轴高速同步控制 ●支持绝对型和增量型ECMA 系列电机●电机功率范围: 200 V 100 W ~ 3 kW 、400 V 400 W ~ 7.5 kW●标准型交流伺服驱动器●3.1 kHz 速度响应频宽，缩短40%整定时间 ●高速轴间资料交换，提供简易龙门控制功能 ●兼容 A2 / B2 / A 3 系列电机，替换方便●电机功率范围: 200 V 100 W ~ 3 kW●高效能运动控制型交流伺服系统 ●3.1 kHz 速度响应频宽，提升设备产能●全新的挠性结构补偿和低频抑制功能，确保机台稳定度和缩短整定时间●薄型化设计，节省电器柜安装空间●电机功率范围: 200 V50 W ~ 15 kW台达 CODESYS 运动控制方案产品介绍精巧高效型 / 标准型矢量控制变频器MH300 / MS300体积精巧，内置安全扭矩停止功能STO 和EMC 滤波器，整合PLC ，支持多样的通讯协定和I/O 扩展模块高效能泛用型矢量控制变频器C2000 Plus精准的速度/扭矩/位置控制模式，内置PLC ，适用于有感测器/无传感器的同步与异步电机●功率范围: 115 V 0.2 kW ~ 0.75 kW 、230 V 0.2 kW ~ 15 kW 、460 V 0.4 kW ~ 22 kW●支持感应电机与永磁电机，开环/闭环控制 ●最高输出频率: 最高 2000 Hz / 1500 Hz●内置符合SIL2 (IEC EN 61508 & IEC 62016) /Cat.3 PL d (ISO 13894-1)标准的安全扭矩停止功能 STO (Safe Torque Off) ●內建PLC (5K / 2K steps)● 支持多样的通讯协定: Modbus 、CANopen 、EtherCAT 、PROFIBUS DP 、DeviceNet 、Modbus TCP 、EtherNet/IP●电源模块: 连接EtherCAT 从站模块与100 BASE-TX EtherCAT 网络 ●数字输入模块: 16点Sink/Source 数字输入模块; 1 ms 和2 ms 的反应时间●数字输出模块: 6点数字输出模块; 输出电流：sink 型模块每点0.5 A ，source 型模块每点0.25 A ●ADC 模块: 4通道16-bit A / D 输入; DAC 模块: 4通道16-bit D / A 输出 ●运动模块: 单轴脉冲输出●手轮模块: 单通道手轮输入，4 / 6轴控制●EtherCAT 耦合器RTU-ECAT :内置2个EtherCAT 通讯端口，最多可支持8个DVP 薄型I/O 模块●数字输入模块: 支持8 / 16 / 32点NPN / PNP 输入 ●数字输出模块: 支持8 / 16/ 32点NPN / PNP/继电器输出●数字I/O 模块: 8点数字输入和8点数字输出，支持不同型态的输入/输出格式 ●模拟输入模块: 4 / 6通道，支持mA / V 输入 ●模拟输出模块: 2 / 4通道，支持mA / V 输出●数字I/O 模块: 4通道数字输入和2通道数字输出模块，支持mA / V 输入/输出型式●温度模块: 2 / 4 / 6 / 8通道，支持RTD 、热电偶和NTC 输入(注：详细信息请参照DVP 系列PLC 型录)●功率范围: 230 V 0.75 kW ~ 90 kW 、460 V 0.75 kW ~ 560 kW ●高过载承受度: 150 % / 60 秒和180 % / 3 秒，适用于恒定转矩应用 ●内置PLC (10k steps) ●支持点对点位置控制●采用3C3标准PCB 涂层，可确保变频器在恶劣环境下安全可靠运行●内置Modbus ，支持通讯扩展卡: CANopen 、EtherCAT 、ROFINET 、PROFIBUS DP 、DeviceNet 、Modbus TCP 、EtherNet/IP远端I/O 模块R1-EC ( AX-864E 适用)耐用精巧的E-bus 从站模块，适用于高精度和高需求的产业应用远端I/O 模块RTU-ECAT (PLC DVP 薄型RTU 方案)适合多种应用的精巧EtherCAT 远端I/O模块方案现场装置台达 CODESYS运动控制方案产品介绍1 ms(sink/source)反应时间(sink/source) 反应时间制造设备程序控制第三方控制器AX-864EAX-308EEthernet运动控制编程软件 - Softmotion●支持单轴和多轴运动(主/从轴运动和凸轮控制) ●使用PLCopen 认证的POU库，编辑运动控制功能●图形化CAM 编辑软件整合配置、编程、编译、和调适功能; 无缝整合传统和系统性的编程方式●在SoftPLC 和控制器的runtime 模拟模式下显示应用资料 ●在监视列表中监看指定的数值●直接在对应的编辑器中读、写、和强制设定变量●单步或单周期执行程序码支持标准 IEC 61131-3 编程●结构化文本 (ST)●梯形图 (LD)工作与除错●功能块 (FBD)●顺序功能图 (SFC)产品信息电源输入接口DC 24 V (±15 %)SSI编码器输入接口SD 卡槽HDMI输出接口Gigabit LAN 接口(Modbus TCP / OPC UA)USB EtherCAT接口连接现场装置电源输入接口DC 24 V (±15 %)8组数字输入 / 8组数字输出OA / OB / OZ signalINC 编码器输入接口ABS SSI编码器输入接口外观说明外观说明137.4166.8141164153.2R2.5X2R1.4X2554.2PC-Based 运动控制器AX-864EPLC-Based 运动控制器AX-308E产品尺寸单位: mm产品尺寸单位: mm16组数字输入8组数字输出MicroSD 卡槽RS232 / 485接口EtherCAT接口增量型编码器输入接口 (×2)Ethernet接口连接现场装置硬件规格2021型号说明AX-864E P0MB1T产品类型AX - 3 系列AX - 8 系列I/O: (晶体管) T: NPN可控制轴数。