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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。
运动控制卡的工作原理是运动控制卡是一种专门用于控制机器人及其他类似设备的电子控制系统。
它主要由控制器、输入输出模块、执行器、编码器等组成。
运动控制卡能够通过对执行器的控制来实现运动控制，从而完成特定的动作。
控制器是运动控制卡的核心部分，它通过控制执行器的转速、转向以及位置等参数，来实现精准的运动控制。
控制器一般采用现场可编程门阵列或数字信号处理器的技术，以实现对控制程序的灵活调整和改变。
输入输出模块负责将外部的信号输入到控制器中，并将控制器产生的信号输出到执行器中。
输入输出模块一般包括数字输入输出模块和模拟输入输出模块两种，数字输入输出模块主要负责传输二进制数据，而模拟输入输出模块则可以传输连续的模拟数据。
执行器是运动控制卡的输出端，它们可以是电机、液压或气动系统等。
执行器接受来自控制器的信号，并将其转化为相应的转速或力度等物理信号，从而实现运动控制。
编码器则是对执行器运作过程中的位置信息进行反馈的重要组成部分。
编码器会将执行器的位置信息转化为数字信号，并将其传递给控制器。
控制器与编码器进行数据比对和同步，以确保执行器在设定的位置和速度下运动。
在运动控制卡中，还需要进行运动规划和路径规划，以减少运动过程中的能量浪费，提高设备的运动效率和工作稳定性。
运动规划会根据设备的运行状态以及任务要求，对设备的运动轨迹进行优化。
路径规划需要对设备的移动路径进行设计和规划，来实现高效的运动控制。
总之，运动控制卡通过将控制器、输入输出模块、执行器和编码器等多种组件相互协调，实现对机器人和运动设备的精细控制和管理。
它具有灵活、高效、精密等优点，是现代工业和服务设备中不可或缺的核心部分。
运动控制卡原理运动控制卡是一种用于控制运动设备的电子设备，它负责接收来自计算机或其他控制装置的指令，并将其转化为电压或电流信号，以驱动电动机或执行器进行相应的运动。
运动控制卡通常由控制芯片、接口电路、输入输出电路、时钟电路等组成。
运动控制卡的主要原理是通过接口电路与计算机或其他控制装置进行通信。
接口电路将计算机或控制装置发送的指令解析成控制信号，并将其传送给控制芯片。
其中，控制芯片是运动控制卡的核心部件，它负责解码控制信号并生成相应的电压或电流输出信号。
输出信号通过接口电路传送给电动机或执行器，从而实现运动设备的控制。
在具体实现中，运动控制卡可以通过不同的控制方式实现不同的运动控制功能。
一种常见的方式是脉冲方向控制。
在这种控制方式下，控制芯片生成脉冲信号，脉冲信号的频率和方向决定了电动机或执行器的运动速度和方向。
通过改变脉冲信号的频率和方向，可以实现运动设备的加速、减速和定位运动。
另一种常见的控制方式是模拟控制。
在这种控制方式下，控制芯片生成模拟信号，模拟信号的大小表示电动机或执行器的运动速度或位置。
通过改变模拟信号的大小，可以实现运动设备的连续运动和定位运动。
模拟控制通常使用PID控制算法来实现，可以根据实际运动状态和目标运动状态的差异，自动调整模拟信号的大小，使运动设备达到期望的运动效果。
除了脉冲方向控制和模拟控制，运动控制卡还可以支持其他的运动控制方式，如步进电机控制、伺服电机控制、位置同步控制等。
这些控制方式需要运动控制卡具备相应的硬件和软件支持。
运动控制卡的性能主要由其控制芯片的性能决定。
控制芯片通常具备较高的计算能力和多路输入输出接口，能够实现复杂的运动控制算法和高精度的运动控制。
同时，控制芯片还需要具备较强的稳定性和抗干扰能力，以保证运动设备能够稳定运行。
总结起来，运动控制卡是一种用于控制运动设备的电子设备，通过与计算机或其他控制装置的通信，将控制指令转化为电压或电流信号，实现对电动机或执行器的驱动和控制。
目录PMAC控制卡学习（硬件) (2)第一章PMAC简介 (2)1。
1 PMAC的含义和特点 (2)1。
2 PMAC的分类及区别 (2)1.2。
1 PMAC的分类 (2)1.2.2 PMAC 1型卡与2型卡的主要区别 (2)第二章Turbo PMAC Clipper控制器硬件配置 (3)2.1 Turbo PMAC Clipper控制器简介 (3)2.2 Turbo PMAC Clipper硬件配置 (3)2.2。
1 Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为： (3)2.2。
2 Turbo PMAC Clipper控制器可选附件 (6)2。
2。
2.1 轴接口板 (6)2.2.2。
2 反馈接口板 (7)2。
2.2.3 数字I/O接口板 (7)第三章Turbo PMAC Clipper设备连接 (7)3.1 板卡安装 (7)3。
2 控制卡供电 (7)3。
2.1 数字电源供电 (7)3。
2.2 DAC（数字/模拟转换）输出电路供电 (8)3。
2.3 标志位供电 (8)3.3 限位及回零开关 (8)3。
3.1 限位类型 (8)3。
3。
2 回零开关 (8)3.4电机信号连接 (9)3.4.1增量式编码器连接 (9)3.4。
2 DAC 输出信号 (9)3.4.3 脉冲&方向（步进)驱动 (10)3。
4.4 放大器使能信号（AENAn/DIRn） (10)3。
4。
5 放大器错误信号(FAULT-) (10)3。
4.6 可选模拟量输入 (11)3.4。
7 位置比较输出 (11)3.4。
8 串行接口(JRS232） (11)3.5 设备连接示例 (12)3.6 接口及指示灯定义 (13)3.7 跳线定义 (15)3。
8 Turbo PMAC Clipper端口布置及控制结构图 (19)附件 (21)1。
接口各针脚定义 (21)2。
电路板尺寸及孔位置 (30)PMAC控制卡学习(硬件）第一章PMAC简介1.1PMAC的含义和特点1．PMAC的含义:PMAC是program multiple axis controller 可编程的多轴运动控制卡。
运动控制卡工作原理
1 核心原理
运动控制卡是一种高性能、多功能的计算机控制器，可以对运动系统进行控制和管理。
运动控制卡可以将电脑的数字输出信号通过驱动器对电动机驱动，从而控制电机的转速和方向，从而实现一系列的运动控制功能。
2 运动控制卡的组成
运动控制卡通常由芯片、驱动电路、I/O接口、时序控制器、程序存储器、交互接口等组成。
其中，芯片是运动控制卡最重要的组成部分，它集成了运动控制的核心算法和数据处理功能，并且控制着整个系统的运行和维护。
3 运动控制卡的工作流程
运动控制卡的工作流程通常由两部分组成，第一部分是它与上位机的通讯接口，第二部分是它与驱动器的通信接口。
具体流程如下：
1. 上位机控制：
运动控制卡接收上位机的指令，如以什么速度、方向、加速度运动，然后将这些指令转换成数字输出信号，通过I/O口输出到驱动电路。
2. 电机控制：
驱动电路负责将数字输出信号转换成电机控制信号，从而将运动指令传送到电机。
根据驱动器的控制算法和电机类型，电机控制信号被进一步转换成电势信号，在电机内部驱动转子来实现转动。
3. 反馈机制：
在运动控制的过程中，通常需要对电机的实时状态进行监控和反馈，这个过程主要通过反馈机制实现。
反馈机制根据实际情况，可能使用光电编码器、霍尔效应传感器、电位器等不同的装置。
4 运动控制卡的应用领域
运动控制卡通常用于各种精密机器设备上，如数控机床、印刷设备、自动化生产线、机器人等。
熟练掌握运动控制卡的使用方法和操作技巧，可以大幅提高设备的生产效率和质量。
运动控制卡的工作原理
运动控制卡的工作原理是通过接收主机发送的控制命令，控制运动控制器上的驱动器，使驱动器驱动电机或执行器实现运动。
具体工作原理如下：
1. 主机发送指令：主机（通常为计算机）通过接口（如PCI、PCIe、USB等）将控制命令发送给运动控制卡。
2. 接收控制命令：运动控制卡接收到命令后，解析命令内容，如运动类型（直线、圆弧等）、目标位置、速度等参数。
3. 运动计划：根据接收到的命令，运动控制卡通过内部运动规划算法生成运动轨迹，并将运动参数设置给相应的轴。
4. 驱动器控制：运动控制卡将生成的运动轨迹和参数通过接口传输给驱动器。
驱动器接收到信号后，根据设定的参数和轨迹控制电机或执行器的运动。
5. 位置反馈：驱动器通过内部的编码器或传感器获取电机或执行器的位置信息，并将反馈信号传回给运动控制卡。
6. 控制回路闭环：运动控制卡通过位置反馈信号与设定的目标位置进行比较，并调整驱动器的输出信号，使电机或执行器运动达到设定的目标位置。
7. 状态监测与报告：运动控制卡可以监测电机或执行器的状态，如电流、速度等，并将状态信息通过主机接口返回给主机，以便主机对控制系统进行状态监控和故障诊断。
因此，运动控制卡的主要功能是接收和解析控制命令、计划运动轨迹、控制驱动
器实现电机或执行器的运动，并与驱动器进行闭环控制和状态反馈，从而实现精确的运动控制。
固高运动控制卡在现代自动化控制系统中，运动控制卡扮演着至关重要的角色。
固高运动控制卡是一种集成了运动控制算法和接口电路的硬件设备，广泛应用于工业机械、机器人、数控设备、自动化生产线等领域。
本文将介绍固高运动控制卡的原理、特点以及在实际应用中的优势。
原理固高运动控制卡采用先进的运动控制算法，能够实现对运动系统的精准控制。
其设计基于PID控制、闭环控制等原理，能够实时监测运动系统的状态，并根据设定的运动规划实现高速、高精度的运动控制。
同时，固高运动控制卡还具有多轴同步控制、曲线加减速控制等功能，可以满足不同应用场景的需求。
特点固高运动控制卡具有以下几个显著特点：•高性能: 采用先进的控制算法和高速处理器，能够实现高速、高精度的运动控制。
•稳定性: 支持多种闭环控制模式，具有良好的动态特性和抗干扰能力，确保系统稳定运行。
•灵活性: 支持多轴同步控制和灵活的运动规划模式，适用于各种复杂的运动控制需求。
•易集成: 提供丰富的接口和开发工具，便于用户快速集成到现有系统中，并进行定制开发。
应用优势固高运动控制卡在实际应用中具有诸多优势，主要体现在以下几个方面：•高效率: 通过优化的控制算法和硬件设计，实现高效率的运动控制，提升生产效率和产品质量。
•可靠性: 经过严格的测试和验证，具有可靠的稳定性和长期稳定运行的能力，保证生产线的稳定运行。
•灵活性: 支持多种运动控制模式和灵活的参数配置，适应性强，可满足不同行业的需求。
•易操作: 提供友好的操作界面和丰富的开发文档，简化用户操作流程，降低使用门槛。
综上所述，固高运动控制卡作为一种先进的运动控制设备，具有高性能、稳定性、灵活性和易集成的特点，广泛应用于工业自动化领域，为生产制造业提供了强大的支持和保障。
在未来的发展中，固高运动控制卡将继续不断创新，满足不断变化的市场需求，推动工业自动化技术的发展。
多轴运动控制卡课设多轴运动控制卡是一种用于控制多轴运动的电子设备，在工业自动化领域得到广泛应用。
本文将从多轴运动控制卡的基本原理、应用场景和设计过程等方面进行详细介绍。
一、多轴运动控制卡的基本原理多轴运动控制卡的主要功能是控制多个电机同时运动，从而实现复杂的运动轨迹。
在多轴运动控制卡中，通过一个高速的时钟信号来控制各个轴的运动，这个时钟信号被称为“步进脉冲”。
当接收到步进脉冲信号后，电机会按照一定的步距和速度进行运动。
多轴运动控制卡的核心部件是FPGA芯片。
FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需要进行编程，实现多种功能。
在多轴运动控制卡中，FPGA芯片负责产生步进脉冲信号，并控制各个轴的运动。
此外，多轴运动控制卡还需要配合驱动器、电机、传感器等配件一起使用，以实现精密的运动控制。
二、多轴运动控制卡的应用场景多轴运动控制卡广泛应用于工业自动化、机器人、医疗设备、航天航空等领域。
以机器人为例，在制造过程中需要进行各种复杂的运动，如抓取、放置、旋转、倾斜等。
多轴运动控制卡可以实现机器人的多个轴同时运动，从而实现复杂的运动轨迹，提高生产效率。
在医疗设备领域，多轴运动控制卡可以控制医疗设备的精度和速度，从而确保手术的安全性和准确性。
同时，多轴运动控制卡还可以实现医疗设备的自动化操作，减少医护人员的工作强度。
三、多轴运动控制卡的设计过程多轴运动控制卡的设计过程包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要根据实际需求选择FPGA芯片、驱动器、电机、传感器等配件，并进行电路设计和布局。
同时，还需要进行信号分析和干扰测量，确保系统的稳定性和可靠性。
软件设计方面，需要进行FPGA芯片的编程，实现步进脉冲信号的产生和轴的运动控制。
此外，还需要编写上位机软件，实现与多轴运动控制卡的通信和控制。
在设计过程中，需要考虑多轴运动控制卡的实时性、精度和稳定性。
同时，还需要根据实际需求进行性能测试和优化，确保系统的性能达到预期目标。
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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运动控制----运动控制卡2008-07-23 19:34加入收藏NI 的运动控制是NI公司在工业自动化领域的扩展,NI公司通过MOTION CONTRL,PAC 和FIELD BUS已经全面进入了工业自动化领域,从数据采集到逻辑控制,NI公司已经完美地把二者结合在一起.NI 的运动控制就是我们常说的开放式数控,专用数控系统国内比较常见的是西门子和FUNUC的产品.数控系统的基本功能是定位控制、速度控制和力矩控制。
数控系统的组成：运动控制卡+驱动器+执行机构（电机）+反馈（编码器）NI的运动控制卡分成高中低三档，每个档位又包括2轴、4轴、6轴和8轴，支持PCI和PXI两类总线。
因为是开放式，所以NI公司提供运动控制卡和运动控制软件，驱动器和执行单元即可以用NI公司的产品也可以选用第三方的产品。
下面以简单的运动控制卡7340介绍一下运动控制的基本结构和原理。
特点：7340既可以控制饲服电机又可以控制步进电机，支持PCI，PXI和紧凑型PCI总线。
7340最多可以控制四个独立或者联动轴,提供了精心设计的IO口,包括前后极限开关,参考点开关以及其它普通用途的数字IO。
伺服轴可以控制伺服电机、液压伺服、液压伺服阀和其它伺服装置。
伺服轴通常工作在闭环方式，伺服轴通过正交编码器反馈位置信息，通过模拟量返回速度信息，同时提供了工业标准的+-10V模拟量输出。
步进轴既可以工作在开环方式又可以工作在闭环方式，在闭环方式下，同样通过正交编码器返回位置信息，通过模拟量返回速度信息，提供了步进/方向或正转反转命令输出。
所有的步进轴都支持全步，半步和细分步功能。
硬件：7340系列使用了先进的双32位处理器结构，包括一个32位的CPU，一个DSP数字信号处理器以及一个可定制编程的逻辑门阵列，通过板载程序，可以最多执行10个用户程序。
软件：NI 运动控制软件提供了简易高效的用户程序接口（API），所有的运动控制设置、运动函数都可以通过调用动态链接库DLL实现，可以用C，VB来调用，所有的函数功能都能在LABVIEW和CVI实现。
运动控制卡的原理和应用行业运动控制卡是利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的，专门用来满足足一系列运动控制需求的（位移、速度、加速度等），基于PC机的上位控制单元。
运动控制卡的原理是发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式等。
并且，依靠传感器传回的位置反馈，运动控制卡可以实时调整运动位置，纠正传动过程中的误差，从而做到高精度加工。
运动控制卡不同于单片机、PLC等独立的可编程存储器，它必须依靠PC平台而运行，不过运动控制卡的这一结构，也带来许多独特的优点：1、拓展性好：运动控制系统借助PC平台上庞大的函数库，可以很方便的添加许多复杂而独特的功能。
并且借助PC已有的CAD、视觉识别等功能，也可以将绘图、排版、优化工序、视觉识别等多项功能集成一体。
2、界面友好：相比PLC这类需要一定门槛才能上手的运动控制器，运动控制卡一般通过电脑软件与板卡结合操作，用户操作界面与其他软件相似，更容易让操作人员上手，培训成本更低。
3、柔性化好：运动控制卡可以很便捷的修改更改工艺参数和加工图纸，需要修改的加工方案，经过软件简单处理后就能直接将加工命令传输给设备，无需调整机器，直接就能开始新方案的加工，是制造业柔性化生产的代表之一。
4、精度高：基于强大的PC性能，运动控制卡在连续插补、圆弧插补等复杂作业要求中，已然可以保持高精度作业，并且通过传感器的反馈，运动控制卡还能做到实时调整加工位置和速度，保持连续高水平作业，从而保证产品最终精度。
正因为这些优点，运动控制卡目前在激光设备、振动刀机等加工设备上有着非常广泛的应用，常用于服装、鞋类、广告、厨具、家具、3C、车饰、玩具等诸多轻工业领域，是柔性化加工运动控制解决方案的代表型产品之一。
说明书设计题目：基于运动控制卡的控制研究专业年级：11机械设计制造及其自动化学号：116712160姓名：指导教师、职称：2015年5 月15日摘要现在的社会发展速度很快，传统的加工技术（如人工切削、铸造、人工打磨、钳工等）已经不能满足现代化工业的需求，现代机械加工讲究的是加工速度快、精度高、性能优良、尽量的减少浪费，缩小成本，从中取得最大的利益。
机械加工想要在信息进步的时代中站稳自己的脚步，就必须与智能化信息技术相结合。
运动控制技术是由多种复杂技术相结合的一个创新，它的出现使得机械工业得到了巨大进步。
它主要的核心技术是DSP，在与计算机配合使用的时候，可以直接插进PCI 插槽中。
运动控制卡内部自身带有开放的数据函数库，使用起来很方便，它相对来说很精确、能力也很强。
插补是控制方面最基本的要求，运动控制卡对于插补的满足能力很强，现在被很多行业使用。
本文首先对目前一些机械加工的实际情况进行分析，了解现代技术的发展情况，对一些软硬件的使用、特点等进行分析，并组成了一个与计算机相结合的运动控制卡系统。
其次，利用PID控制的一些算法，根据搭建的系统，计算出需要的一些参数，通过实验仿真证明它的可靠性。
最后来做插补实验，以体现运动控制卡的精度等特点。
关键词：运动控制；PID；插补AbstractWith the development of the social economy, the traditional processing technology (such as artificial cutting, casting, grinding, fitter, etc.) can not be satisfied with the needs of modern industry. The modern machinery processing industry is all about processing speed, high precision, good performance, reducing waste, reducing costs and getting the largest interests. Mechanical processing must be combined with intelligent information technology to stand its step in the information time .Motion control technology is an innovation of the combination of various complex technology. It brings the big advance of mechanical industry. Its main core technology is DSP, which can be directly inserted into the PCI slot when it is used with the computer. As the motion control card has its own data library inside, it is convenient to be used. It is relatively accurate and its ability is very strong. Interpolation is the most basic requirement of controlling, and the motion control card can meet the needs of interpolation fiercely, so it is used by many industry fields.At first, some actual situations in real life now are analyzed in this paper to understand the development of modern technology. The use and characteristic of some hardware and software are analyzed, and a motion control card system combined with the computer has been formed. Then, the parameters needed are calculated by using some algorithms of PID control according to the system. Its reliability is proved through the experiment simulation. Finally, the interpolation experiment is completed to reflect the precision of the movement control CARDS and other characteristic.Key words:motion control；PID；interpolation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 .......................................................... - 1 -1.1课题背景 ...................................................... - 1 -1.1.1直线电机驱动技术......................................... - 1 -1.1.2可编程控制器............................................. - 1 -1.1.3运动控制卡............................................... - 2 -1.2运动控制卡的发展和研究 ........................................ - 2 -1.3课题研究目的及内容 ............................................ - 3 -1.3.1课题研究目的............................................. - 3 -1.3.2课题研究内容............................................. - 3 - 第2章控制系统的硬件分析 ........................................... - 4 -2.1控制技术的分析 ................................................ - 4 -2.1.1单片机的特点及应用....................................... - 4 -2.1.2可编程控制器的特点及应用................................. - 5 -2.1.2.1 PLC的特点 ......................................... - 6 -2.1.2.2 PLC的缺陷 ......................................... - 7 -2.1.2.3 PLC的应用 ......................................... - 8 -2.1.3运动控制卡的特点及应用................................... - 8 -2.1.3.1 运动控制卡的特点.................................. - 10 -2.1.3.2 运动控制卡的应用.................................. - 10 -2.1.4控制技术的选定.......................................... - 11 -2.2传感器的选型 ................................................. - 11 -2.2.1传感器及其组成.......................................... - 11 -2.2.1.1传感器的定义 ...................................... - 11 -2.2.1.2传感器的构成 ...................................... - 11 -2.2.2传感器的特性............................................ - 11 -2.2.3传感器的分类............................................ - 13 -2.2.3.1常用传感器的原理及应用 ............................ - 13 -2.2.3.2现代新型传感器 .................................... - 14 -2.2.3.3一般传感器的选择 .................................. - 14 -2.2.4传感器的选型............................................ - 15 -2.3步进电机和驱动器 ............................................. - 19 -2.3.1步进电动机的工作原理.................................... - 19 -2.3.2步进电动机的重要参数.................................... - 19 -2.3.3步进电机的分类.......................................... - 21 -2.3.4步进电机和驱动器选型.................................... - 22 -2.4 本章小结..................................................... - 24 - 第三章 PID控制系统................................................. - 25 -3.1 PID控制系统的发展及现状 .................................... - 25 -3.2 PID控制的算法 .............................................. - 25 -3.2.1 PID控制原理............................................ - 25 -3.2.2 PID算法............................................... - 25 -3.3 PID控制仿真 ................................................. - 27 -3.3.1 PID控制器的传递函数.................................... - 27 -3.3.2 Simulink建模.......................................... - 28 -3.3.3 实验仿真及总结 ......................................... - 30 -3.4 本章小结..................................................... - 37 - 第四章插补实验 ..................................................... - 38 -4.1 插补原理..................................................... - 38 -4.2 插补分析和实验仿真........................................... - 38 -4.2.1 逐点比较法直线插补 ..................................... - 38 -4.2.1.1插补原理 .......................................... - 38 -4.2.1.2插补实验 .......................................... - 40 -4.2.2 逐点比较法圆弧插补 ..................................... - 43 -4.2.2.1插补原理 .......................................... - 43 -4.2.2.2插补实验 .......................................... - 44 -4.3 本章小结..................................................... - 47 - 结论 ................................................................ - 49 - 参考文献 ............................................................ - 50 - 致谢 ................................................................ - 53 -第1章绪论1.1课题背景现在社会一天天地前进，信息技术也逐渐高级，传统的加工技术（如人工切削、铸造、人工打磨、钳工等等）已经不能满足现代工业所需，现代机械加工工业讲究的是加工速度快、精度高、性能优良、尽量的减少浪费，缩小成本，从中取得最大的利益。
