高群 馬俊林

摘要：設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。采用凌華PCI-8014A運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)生脈沖和方向等控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。采用VC++ 編寫(xiě)控制程序軟件，通過(guò)調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制卡的函數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，加減速的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，達(dá)到了良好的控制效果。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制卡；伺服控制系統(tǒng)；VC++

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）06-0220-02

Designof Turntable Control System for DMD Based on Motion Control Card

GAO 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 ADLINKs 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 systems speed ，acceleration and deceleration and achieved good control effect.

Key words： motion control card；servo control system；VC++

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)制造領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，人們對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的靈活性要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制裝置主要采用單片機(jī)配合外圍電路、PLC等實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)功能單一，靈活性很差，適用于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制，不便于系統(tǒng)集成，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的控制需求[1-3]。而基于數(shù)字信號(hào)處理器的運(yùn)動(dòng)控制卡，具有運(yùn)行速度快，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，可以滿足對(duì)于響應(yīng)速度和精度要求很高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，因此得到廣泛應(yīng)用?；贒SP的運(yùn)動(dòng)控制卡一般采用32位PCI總線設(shè)計(jì)，與工業(yè)計(jì)算機(jī)即可組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，閉環(huán)控制，IO控制等功能。

本文采用基于PCI總線的4軸運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用VS2008開(kāi)發(fā)語(yǔ)言設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制軟件，通過(guò)調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制卡提供動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的運(yùn)控函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)控制功能。

1 轉(zhuǎn)臺(tái)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)硬件組成

轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。主要由：工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、接口板、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)組成。工控機(jī)為研華IPC-610L，運(yùn)動(dòng)控制卡為凌華公司的PCI-8134A四軸運(yùn)動(dòng)控制卡，接口板為DIY-68Y-SGII0，伺服驅(qū)動(dòng)器為安川SGDV-2R8A01B002000，伺服電機(jī)為安川SGMJV-04A3E6S。運(yùn)動(dòng)控制卡與工控機(jī)組成上位控制單元，工控機(jī)負(fù)責(zé)信息和數(shù)據(jù)交互管理。運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)接口板與各路伺服驅(qū)動(dòng)器相連，伺服驅(qū)動(dòng)器采用位置控制模式，接收到脈沖控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，將電機(jī)同軸連接編碼器的反饋信號(hào)回傳給運(yùn)動(dòng)控制卡，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的閉環(huán)控制。

1.2 運(yùn)動(dòng)控制卡

PCI-8134A是一款基于PCI總線的4軸運(yùn)動(dòng)控制卡，具有響應(yīng)快、低功耗、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的速度、位置的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制[4]。具體使用的控制引腳如表一所示。所有引腳為光耦隔離。工控機(jī)通過(guò)專用通信接口給運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送位置控制指令，主要包括位置脈沖信號(hào)和方向信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡按照指令要求，控制伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按照規(guī)定的速度以及加減速度運(yùn)行。同時(shí)接收原點(diǎn)信號(hào)、正/負(fù)限位等電平信號(hào)，以及伺服驅(qū)動(dòng)器返回的編碼器脈沖信號(hào)，以獲得位置反饋信息，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制。

1.3 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)整定

為了節(jié)約空間和成本，在滿足系統(tǒng)功能需求的前提下，轉(zhuǎn)臺(tái)與伺服電機(jī)輸出軸直連。伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用位置、速度雙閉環(huán)控制。原理框圖如圖2所示。由于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，經(jīng)測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比為800%，為了保證轉(zhuǎn)盤平穩(wěn)的啟停以及低速勻速穩(wěn)定的運(yùn)行，速度環(huán)增益與位置環(huán)增益取較小的值，速度積分時(shí)間常數(shù)也選擇較小值。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)主要功能

1） 按固定角度正反向運(yùn)行；

2） 用于周期測(cè)試的正反圓周運(yùn)動(dòng)；

3） 轉(zhuǎn)臺(tái)回原點(diǎn)初始化；

4） 系統(tǒng)急停；

5） 實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前角度值及各個(gè)IO口狀態(tài)信息。

2.2 PCI-8134A函數(shù)功能庫(kù)

PCI-8014A運(yùn)動(dòng)控制卡提供了Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，支持VC++/VB/Delfhi等編程語(yǔ)言。封裝了豐富的運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)函數(shù)，已滿足各種設(shè)計(jì)需求。用戶只需調(diào)用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)單軸獨(dú)立、2軸線性插補(bǔ)、多軸獨(dú)立等運(yùn)動(dòng)，以及其它一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的操作函數(shù)。主要用到的函數(shù)如表2所示。

2.3 轉(zhuǎn)臺(tái)軟件程序設(shè)計(jì)

本文采用VS2008開(kāi)發(fā)環(huán)境，基于MFC面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)編寫(xiě)控制程序。通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)控制功能。具體操作步驟如下：通過(guò)軟件初始化打開(kāi)運(yùn)動(dòng)控制卡，配置運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如加減速度、IO口高低電平有效方式以及回零方式等參數(shù)；通過(guò)原點(diǎn)搜索找到轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械原點(diǎn)；執(zhí)行轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序完成運(yùn)動(dòng)功能；通過(guò)軟件界面實(shí)時(shí)反饋顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)，包闊位置信息及IO狀態(tài)等；根據(jù)需求最多可以實(shí)現(xiàn)四軸并行工作；最終運(yùn)動(dòng)結(jié)束關(guān)閉運(yùn)動(dòng)控制卡。軟件的運(yùn)動(dòng)控制流程圖如圖3所示。

2.4 轉(zhuǎn)臺(tái)軟件人機(jī)交互界面

軟件主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的定值旋轉(zhuǎn)控制以及按系統(tǒng)測(cè)試需求運(yùn)轉(zhuǎn)。在VS2008下創(chuàng)建基于對(duì)話框的MFC應(yīng)用程序。程序編譯運(yùn)行后的主界面如圖4所示。3個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)獨(dú)立控制。通過(guò)_8134_set_servo（）函數(shù)給指定伺服電機(jī)上、下電。利用函數(shù)_8134_start_tr_move（）可以控制電機(jī)按照設(shè)定好的加減速度以及方向旋轉(zhuǎn)固定角度?！癏ome”鍵調(diào)用_8134_home_move（）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)返回機(jī)械原點(diǎn)。待系統(tǒng)返回原點(diǎn)后，使能“Messure”鍵，讓轉(zhuǎn)臺(tái)按照規(guī)劃好的軌跡運(yùn)行。點(diǎn)擊“Stop”按鍵可以立即停止轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)定時(shí)器每100ms調(diào)用_8134_get_position（）、_8134_get_io_status（）、_8134_motion_done（）函數(shù)，返回伺服的位置、IO狀態(tài)、是否到位等信息，將其顯示在主界面上?！癇IAS”按鈕可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前位置置零操作，已方便觀察相對(duì)位移變化。

3 總結(jié)

本文采用運(yùn)動(dòng)控制卡+工控機(jī)模式，搭建了轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)以保證轉(zhuǎn)臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行。在Windows平臺(tái)上利用VC++編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)3轉(zhuǎn)臺(tái)獨(dú)立控制，達(dá)到了良好的控制效果滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。

參考文獻(xiàn)：

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