基于VC++的运动控制卡软件系统设计.docx
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基于VC++的运动控制卡软件系统设计
基于VC++的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一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-DOF四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。
控制系统的硬件主要有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。
系统选用的是普通PC机,固高公司的GT-400-SV-PCI运动控制卡,瑞士Maxon公司的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MaxonRE-35。
运动控制系统的构成如图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机主板上的PCI插槽内。
PC机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电路控制直流电动机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。
1.1GT-400-SV控制卡介绍
固高公司生产的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,能实现高性能的控制计算。
控制卡同时提供了C语言函数库和Windows下的动态链接库,可实现复杂的控制功能。
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;
(3)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;
(10)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的接口如图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调速控制的原理图和输入输出电压波形。
当开关MOSFET的栅极输入高电平时,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。
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。
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