基于PMAC运动控制卡的数控试验台设计
ee
（ee）
指导老师：ee
[摘要]本论文课题的主要内容是设计一个利用工控机和运动控制器对X,Y，Z,A,B 五个坐标进行控制，采用位移检测装置对数控装置执行件的位移进行检测的开放式数控技术试验台，本文采用“Pc机+可编程运动控制器”的方式来构造该数控试验工作台。本设计把PMAC运动控制卡及其扩展卡放入控制箱，通过上位机——工业控制机（IPc）标准串口通讯，再配上交流伺服电机和步进电机、伺服驱动器、编码器和直线光栅尺等，构成一个模块化的数控系统。在对试验平台机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副和蜗轮蜗杆式转台进行了计算、校核和选用，确保了机械传动部件的精度和刚度，使之满足系统的要求；通过计算，选择了电气驱动部件，包括交流伺服电机和步进电机及其伺服驱动器、编码器和直线光栅尺。基于Ｗindoｗs操作系统，利用Visual Basic建立了控制软件界面，应用PMAC的Ｇ代码解释程序、M代码解释程序和Ｔ代码解释程序编写了试验台的运动程序，实现了工作台的加、减速等控制和直线、圆弧等动作。
[关键词]试验平台运动控制卡结构设计软件设计
DESDINE THE MACHINE STRUCTURE OF THE NC
TEST-BED BASED ON PMAC
ee
(ee)
Tutor: ee
Abstract: The important content of this thesis is using Motion Control Card and IPC for the controlling of the five directions X, Y, Z, A and B. It is an ONC test-bed which detects the displacement of numerical control by its displacement detecting device. It adopts the “IPC+PMAC” mode to establish the test-bed. This design puts PMAC Motion Control Card and its development card into the controlling case and communicates with IPC through serial—port. Then, it matches AC servo motors, step motors, servo drivers, encoder and grating rulers to form a modular NC system. In the process of the designing of the mechanical structure of this test-bed, the ball screw assembly, roll linear guide way assembly and worn gear pair turntable are firstly main devices to calculated, checked and attached, as it Can ensure the high precision and rigidity of the mechanical transformation devices, as well as fulfill the requirement of the NC system. Secondly, it selects electrical components through calculation, including AC servo motors, step motors, its servo drivers, and encoders and grating rulers. Thirdly, basing Oil Windows Operating System, it establishes the software interface by Visual Basic. The motion program of the test-bed which is applied to carry out the acceleration and deceleration control, as well as linear and circular movement of the test-bed, has been developed by G code explanation program, M code explanation program and T code explanation program of PMAC.
Key words: Test-bed; Motion control card; Structure design; Software design
1.绪论 (5)
1.1课题来源及研究意义 (5)
1.2本课题的研究思路和研究内容 (6)
2．机械部分设计....................................... 错误！未定义书签。
2.1总体设计............................................. 错误！未定义书签。
2.1.1主要技术参数确定 ............................... 错误！未定义书签。
2.1.2总体布局 ....................................... 错误！未定义书签。
2.1.3控制形式 ....................................... 错误！未定义书签。
2.2滑台设计............................................. 错误！未定义书签。
2.2.1导轨设计 ....................................... 错误！未定义书签。
2.2.2丝杠设计 ....................................... 错误！未定义书签。
2.2.3电机确定 ....................................... 错误！未定义书签。
2.3转台设计............................................. 错误！未定义书签。
2.3.1电机确定 ....................................... 错误！未定义书签。
2.3.2蜗轮蜗杆设计 ................................... 错误！未定义书签。
2.4检测元件设计......................................... 错误！未定义书签。
2.4.1光栅确定 ....................................... 错误！未定义书签。
2.4.2编码器确定 ..................................... 错误！未定义书签。
2.5本章小结............................................. 错误！未定义书签。
3.控制系统硬件设计 ................................... 错误！未定义书签。
3.1概述................................................. 错误！未定义书签。
3.2控制系统总体方案..................................... 错误！未定义书签。
3.2.1典型的控制系统方案及特点 ....................... 错误！未定义书签。
3.2.2方案比较及拟采用的控制系统方案 ................. 错误！未定义书签。
3.3系统硬件选择......................................... 错误！未定义书签。
3.4本章小结............................................. 错误！未定义书签。
4.控制系统软件设计 ................................... 错误！未定义书签。
4.1概述................................................. 错误！未定义书签。
4.2数控系统的功能需求分析............................... 错误！未定义书签。
4.3数控系统控制软件的体系结构........................... 错误！未定义书签。
4.4数控系统的软件结构设计............................... 错误！未定义书签。
4.4.1操作系统的选择 ................................. 错误！未定义书签。
4.4.2软件总体结构 ................................... 错误！未定义书签。
4.5人机界面及程序流程................................... 错误！未定义书签。
4.5.1总体设计 ....................................... 错误！未定义书签。
4.5.2程序设计 ....................................... 错误！未定义书签。
4.6本章小结............................................. 错误！未定义书签。
5.结论及展望 .......................................... 错误！未定义书签。
5.1结论................................................. 错误！未定义书签。参考文献 . (48)
1.绪论
1.1课题来源及研究意义
数控技术是机械、电子、计算机及自动控制等技术有机结合的一门商新技术，已广泛应用于机械制造领域，使制造技术向高速化、自动化、高精化、集成化、智能化、网络化方向发展，使机械产品在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向发展，在功能上向小型化、轻型化、多功能方向发展，在层次上向系统化、复合集成化方向发展。专家预言，未来制造业的竞争在很大程度上是数控技术的竞争。为此，世界各国都在抓紧研究制订开放式商性能数控系统平台的标准及其规范并进行相关产品的开发，如美国的NGC、OMAC项目、欧洲的OSACA计划及开本的OSEC计划等。
关于开放式数控系统的特征通常认为包括硬件系统的开放性和软件系统的开放性，开放的硬件系统由微型模块化的速度控制单元、位置控制单元和内置的PLC构成；开放的软件系统是指数控软件系统的设计模块化及模块间的接口标准化。
开放式数控系统是数控技术发展的大趋势，建立开放式数控系统有着重要的意义，这主要表现在如下两个方面：
(1)市场的需求
现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式，同时通过计算机网络连接的中、小企业的远程制造，这一趋势促使数控系统具有较强的网络功能。为了实现低成本、更新、使用的方便，CNC系统应能运行于各种计算机软、硬件平台上，并提供统一风格的人机交互环境。
不同行业对高精度位嚣控制的需求，需要根据不同用户的需求，迅速、高效、低成本的构筑面向用户的控制系统，并能添加用户的私有功能．要求系统具有模块化、可重新配置的特点。用户的软件功能的开发不依赖于控制器制造商，不同的开发商的软件可以互相移植。用户的软件可运行于不同的控制器上。
(2)技术的先进
开放结构数控系统是数控的发展方向，是计算机软、硬件技术、信息技术、控制技术融入数控技术的产物。利用PC机的资源优势，应用软件来实现现代控制技术；开放结构平台可以集成不同开发商提供的软件并适合联网的需要，且具有与硬件无关的特性；设备层的高速度、标准化的数字化通讯可满足用户私有需求且保证高性能、低成本。
采用开放式体系结构的CNC系统不但可以满足上述的市场需求，且使系统开发者、设备制造商和最终用户均能适应当前环境改变或新技术出现而要求的修改、扩充或设计新系统的需求，它使控制器供应商、机床制造商和用户三方都最大限度的同时受益。在开放性可编程控制器的基础上，进行开放性数控系统设计及应用和高精度、不规则零件加工是数控技术发展的热点，而我国目前在这方面的研究水平还很低，加快其研究和应用有着重要的现实意义和紧迫性。该试验台利用工控机和运动控制器对X,Y,Z,A和B五个坐标进行控制，采用位移检测装置对数控装置执行件的位移进行检测。
1.2本课题的研究思路和研究内容
研究思路是采用“1PC+PMAC”结构的开放式数控结构，将PMAC控制卡及其扩展卡装入电气控制箱，通过标准串口RS232与上位机实现通讯，这样构成主从式双微处理器结构，由PMAC运动控制器对机械本体的X,Y,Z,A和B五个轴进行实时控制，建立了五个坐标数控技术试验台。开放式数控的助能要求都是配置灵活、功能扩展简便、基于统一的规范和易于实现统一的管理，从结构形式来看，NC嵌入PC型的开放式数控系统，由于既可以充分利用飞速发展的计算机技术，又可以利用运动控制器的稳定性能，具有很强的灵活性，而且由于可以充分利用计算机的软硬件资源，因而可以实现更加友好的人机界面，所以是一种比较合适的结构形式。我们设计的系统也是采用这种结构形式，以IPC为硬件平台，
把PMAC及其接口、驱动放置于电气控制柜，通过I／O接口和伺服单元，从而达到控制试验台的目的。而IPC与PMAC之问的通讯通过串口RS232实现。数控系统管理软件的编写则采用了Microsoft公司提出的组件对象模型(Component Object Model，简称COM)规范标准来实现系统管理软件的开放性。
本课题研究的主要目的是利用PMAC运动控制器，研制五轴数控试验平台，开发其开放式数控系统，并对基于PMAC的数控试验台机械部分的系统特性、误差特性等进行研究。主要完成以下工作：
(1)五轴数控实验平台机械系统(本体)的设计与制造。X,Y向脉冲当量为0．01mm，最大移动速度2m／min：Y向行程400mm，X向行程200，A，B轴每脉冲转角不大于5分。
(2)基于PMAC的控制部分设计与调试。五轴轴都采用步进电机和编码器反馈，PMAC 运动控制器及其扩展部分，步进电机驱动等全部安装于电气控制柜，与上位机IPC之问的通信通过RS232串口实现。
(3)控制软件的外发。基于win2000、VB和PMAC软件Pcomm32pro开发系统控制软件，并实现三轴联动。
(4)数控试验台机械部分的系统特性、误差特性的研究和分析。
2.电机选择
2.1电动机选择（倒数第三页里有东东） 2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量
电动机所需工作功率为： ηw
d P P =； 工作机所需功率w P 为： 1000
Fv P w =；
传动装置的总效率为： 4321ηηηηη=；
传动滚筒 96.01=η 滚动轴承效率 96.02=η 闭式齿轮传动效率 97.03=η 联轴器效率 99.04=η 代入数值得：
8.099.097.099.096.02244321=???==ηηηηη
所需电动机功率为： kW kW Fv P d 52.106010008.040100001000=???==η
d P ε略大于d P 即可。
选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW
2.1.3确定电动机转速
取滚筒直径mm D 500= min /6.125500100060r v n w =?=π
1.分配传动比 （1）总传动比 6
2.116
.1251460===w m n n i (2)分配动装置各级传动比
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比
03.44.101==i i 则低速级的传动比 88.203
.462.110112===i i i
2.1.4 电机端盖组装CAD 截图
图2.1.4电机端盖
2.2 运动和动力参数计算 2.2.1电动机轴
m N r kW
n
P T
n n p p m
d
?======81.689550min
/146052.100
2.2.2高速轴
m N r kW
n
p T n n p p m
d
?=?======09.68146041
.1095509550min
/146041.101
1
1
1
4
1
η
2.2.3中间轴
m N r r kW n p T i n n
p p p
?=?======??===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
2.2.4低速轴
m
N r kW n p T i
n n p p p
?=?======??===
8.735955076.12569
.99550min /76.12588.22.36269.997.099.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 2.2.5滚筒轴
m N r kW n p T i
n n p p p
?=?=====??===
72076.12549
.995509550min /76.12549.999.099.069.94
4
4
23
3
4
4
220334
ηηη
3.齿轮计算
3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。
2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。
3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280 HBS ，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS ，二者材料硬度差为40 HBS 。
4>选小齿轮齿数241=z ，大齿轮齿数76.9603.4242=?=z 。取97
2=z
5初选螺旋角。初选螺旋角?=14β
3.2按齿面接触强度设计
由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即
[]3
0112H
E
H d t t Z Z T K d σμ
μεφα
+=
3.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选载荷系数6.1=t k 1。
（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数433.2=h z 。
（3）由《机械设计》第八版图10-26查得78
.01=εα，87
.02
=ε
α，则
65
.121=+=ε
εεααα
。
（4）计算小齿轮传递的转矩。 mm N mm N n p T .108.6.146041.10105.95105.95451051?=??=??=
（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数1=d φ
（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数MPa Z e 8.189= （7）由《机械设计》第八版图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
MPa H 6001lim =σ ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5002lim =σ 。
13计算应力循环次数。
911103.61530082114606060?=??????==h jL n N
9121056.103
.4?==N
N
（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数
90.01=HN K ;95.02=HN K 。
（10）计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得 []MPa MPa S
K HN H 5406009.01lim 11=?==σσ
[]MPa MPa S K HN H 5.52255095.02lim 22=?==σσ
（11）许用接触应力
[][][]MPa H H H 25.53122
1=+=σσσ
3.2.2计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d t 1
1t d =
32486.01046.16??=341046.167396.0??=10738.1213?=4
9.56mm
（2）计算圆周速度v 0
s m n d t /78.31000
6056
.4914601000
601
1=???=
?=
ππν
（3）计算齿宽及模数
11
cos 49.56t
nt
mm d
m
z
β
==
=
=z
d
m
t
nt
1
1cos β
2414cos 56.49??=24
97
.056.49?=2mm
h=2.25=nt m 2.25?2=4.5mm =h
b 49.56/4.5=11.01 （4）计算纵向重合度
==βφ
ε
β
tan 318.01
z d
0.318?1?24?tan ?14=20.73
（5）计算载荷系数K 。
已知使用系数,1=K A 根据v= 7.6 m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数;11.1=K v
由《机械设计》第八版表10-4查得K H β
的值与齿轮的相同，故;
42.1=K H β
由《机械设计》第八版图 10-13查得35
.1=βf K
由《机械设计》第八版表10-3查得4.1==βαH H K K .故载荷系数
==βαH H V A K K K K K 1?1.11?1.4?1.42=2.2
（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a ）得
==3
11K
d d t
t K
mm 11.55375.156.496
.12
.256.4933
=?=? （7）计算模数
=
=z d m n 1
1c o s βmm 22.22411
.5597.02414cos 11.55=?=?? 3.3按齿根弯曲强度设计
由式（10-17）
[]
3
2
2
112cos σε
φα
ββ
F
Sa
Fa
d
n
Y Y z Y T m
K ??
≥
3.3.1确定计算参数
（1）计算载荷系数。
==βαf f V A K K K K K 35.14.111.1???=2.09
（2）根据纵向重合度 903
.1=ε
β ，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角
影响系数88
.0=Y β
（3）计算当量齿数。
37.2691.024********.0cos cos 3
3
3
11=====
βz z V
59.10691
.0971497cos cos 3
3
22
====βz z
v （4）查齿形系数。
由表10-5查得18
.2;57.221==Y Y Fa Fa
（5）查取应力校正系数。
由《机械设计》第八版表10-5查得79
.1;6.121
==Y Y Sa Sa
（6）由《机械设计》第八版图10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 5001=σ
；大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 3802=σ
；
（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 85
.01=K FN ，88.02=K FN ；
（8）计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S ＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得
[][]MPa
MPa S
F MPa MPa S
F FE FN FE FN K
K 86.2384
.138088.057.3034
.185500
.02
2
2
1
1
1=?====
=
σ
σσ
σ
（9）计算大、小齿轮的[]
σF
Y Y Sa Fa 并加以比较。
[]
1363..057.303596
.1592.21
11=?=
σF Y
Y Sa Fa
[]
σF Y
Y Sa Fa 2
22
=
01642.086
.238774
.1211.2=?
由此可知大齿轮的数值大。
3.3.2设计计算
m
m m m m m
n
59.1085.4342.401642.065
.1*88.08.610.22332
3
2
2
4
97.024
)
14(cos 10==?=??????≥?
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n 大于由齿面齿根弯曲疲
劳强度计算 的法面模数，取=
m n 2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由
73.26214cos 11.55cos 11
=??==m d z n β 取 27
1
=z ，则81.10803.4272=?=z 取;
1092
=z
3.4几何尺寸计算
3.4.1计算中心距
a=
()mm m z z n
2.14097
.0136
14cos 22)10927(cos 22
1
==??+=
+β
将中以距圆整为141mm.
3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角
?==??+=+=06.1497.0arccos 2
.14022
)10927(arccos 2)(arccos
21a
m z z n
β
因β值改变不多，故参数
ε
α
、k β、Z H
等不必修正。
3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径
m m m m m
z d
m
z d n
n
22497.0218
14cos 2109cos 5597
.054
14cos 227cos 2
2
11==?=
=
==?==β
β
mm a d
d 5.1392
224
552
2
1
=+=
+=
3.4.4计算齿轮宽度
mm b d
d
5567.5511
=?==φ
圆整后取mm mm B B 61;5612==. 低速级
取m=3;;303=z 由88.23
412==
z
z i
4 2.883086.4z =?= 取874=z
m m
m m m z d
z d 2618739030344
33=?===?==
mm mm a d d 5.1752
261
902
4
3
=+=
+=
mm mm b d
d
909013
=?==φ
圆整后取mm mm B B 95,9034==
4. 轴的设计
4.1低速轴
4.1.1求输出轴上的功率
p
3
转速n 3和转矩T 3
若取每级齿轮的传动的效率,则
m
N r kW n p T i
n n p p p
?=?======?===
842.735955076.12569
.99550min /76.12588.22.36269.997.990.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 4.1.2求作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为
m m m z d
404101444
=?==
N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
90814tan 3642tan 136697
.03639
.0364214cos 20tan 3642cos tan 36424041000
8.735224
3
=??==
=?=???
===??=
=ββ
α
圆周力F t ,径向力 F r 及轴向力F a 的
4.1.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据《机械设计》第八版表15-3,取112
0=A ,于是得
m m
n
p A
d 64.47077.011276
.12569
.911233
3
3
3
0min
=?=?== 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d 12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.
联轴器的计算转矩T K T A ca 3=
, 查表考虑到转矩变化很小,故取3
.1=K A
,则:
mm N mm N T K T A ca ?=??==6.956594735842
3.13 按照计算转矩T ca 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,
选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000mm N ? .半联轴器的孔径mm d 551= ,故取 mm d 5021=- ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长
度mm L 841=.
4.1.4轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案
图4-1
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)根据联轴器;
84,501212mm mm l d ==为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴
段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径mm
d 6232=- ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取
挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度mm
L 841=,为了保证轴端挡圈只压在
半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比L 1 略短一些,现取mm
l 8221=-. 2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚
子轴承.参照工作要求并根据mm
d 6232=-,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为d ?D ?T=65mm ?140mm ?36mm ，故mm d d 657643==-- ；而mm mm d l 82,5.546565==--。
3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径mm
d 7054=- ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应
略短于轮毂宽度，故取mm
l 8554=- 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度d h 07.0≥ ，
故取h=6mm ，则轴环处的直径mm d 8265=- 。轴环宽度h b 4.1≥ ，取mm
l 5.6065=-。
4）轴承端盖的总宽度为20mm （由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离
l=30mm ，故取mm
l 57.403
2=-
低速轴的相关参数：
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d 54-查表查得平键截面b*h=20mm ?12mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有
良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为6
7
n H ；同样，半联轴器与轴的连接，选
用平键为14mm ?9mm ?70mm ，半联轴器与轴的配合为6
7
k H 。滚动轴承与轴的周向定位
是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。
4.2中间轴
4.2.1求输出轴上的功率p 2转速n 2和转矩T 2
m N r r kW n p T i n n
p p p
?=?======??===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
4.2.2求作用在齿轮上的力
（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：
m m m z d
14035433
=?==
N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
35214tan 1412tan 141297
.03639
.0376514cos 20tan 3765cos tan 37651401000
6.263223
2
=??==
=?=???
===??=
=ββ
α
（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：
m m m z d
399133322
=?==
N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
12314tan 495tan 49597
.03639
.0132114cos 20tan 1321cos tan 132********
6.263222
2
=??==
=?=???
===??=
=ββ
α
4.2.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取
1120=A ,于是得：
m m
n
p
A
d 6.33027.01122
.36210
.1011233
3
2
2
0min
=?=?== 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径d 12。
运动控制卡开发四步曲 1使用黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第一步：实现简单脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 1.1使用Quartus II软件建立SOPC工程，按照上图建立添加所需CPU及外设。 1.2使用Nios II建立UC-OS-II工程。 1.3在UC-OS-II中建立一个任务，用于收发以太网数据，跟上位机通讯。 1.4在Quartus II中加入编码器解析模块，将来自编码器的AB信号转化成位置和速度，并支持总线读写，最高编码器脉冲频率20M。 1.5在Quartus II中加入脉冲输出模块，实现CPU发出的脉冲速度和脉冲数，最高输出脉冲频率8M。 1.6在Nios II中规划速度曲线，周期200us输出一个脉冲速度。 1.7连接驱动器和电机进行调试。 1.8加入缓冲控制。 1.9加入高速捕获功能。 1.10加入回零功能。
2使用DSP开发板+黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第二步：DSP+FPGA脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 电压保护 2.1在第一步的系统中，增加与DSP通信的模块。 2.2Nios II中接收到上位运动指令之后，发出中断信号给DSP，DSP读取运动数据。 2.3DSP读取位置信号，规划出速度曲线输出到FPGA输出脉冲。 3. 连接驱动器和电机进行调试。 3使用DSP开发板+黑金开发板实现速度控制的运动控制卡
运动控制器第三步：DSP+FPGA 速度控制系统 8路模 拟量输出 3.1在第二步的基础上，在DSP 中增加位置环调节算法，输出速度曲线到FPGA ，FPGA 控制DA 输出模拟量。 3.2连接驱动器和电机进行调试。 4实现速度控+脉冲制的运动控制卡 电压保护 运动控制器第四步：DSP+FPGA 速度控制运动控制器 8路模 拟量输出 16方式、占空比可编程脉冲输出 线驱动器
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 (6) 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 (7) 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 (8) 3.4.1增量式编码器连接 (8) 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 (11) 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)
高速粘片机晶工作台的电机选型计算与运动控制 徐品烈 (中国电子科技集团第四十五研究所，北京东燕郊101601) 1 引言 目前，国内半导体生产线上的粘片机多使用从美国，德国，日本进口的设备。为降低成本，加快国内半导体设备的发展，提高生产效率，我所开发研制的高速粘片机，其粘片速度达到5只／s，UPH可达18 000片／h，它的关键指标和性能已达到国际先进水平。 高速粘片机主要用于LED芯片的粘接，能满足国内大多数LED生产线的需求，适用范围广，通用性强，除适合各种高品质、高亮度LED(红色、绿色、黄色、蓝色、白色等)生产外，还可用于部分半导体分离器件、二极管、三极管、PCB及小型DIP、SOP等产品的生产。 2 晶片工作台机构 高速粘片机主要工作过程包括：由上料机构将PCB框架放置于传输轨道中，由传输机构将PCB框架传输到点胶工位，点胶机构在所有PCB的焊盘上点胶后，由传输机构把PCB框架传输到粘片工位；晶片粘接在蓝膜上，而粘接晶片的蓝膜由绷环固定在晶片工作台上，CCD检测出芯片位置，通过晶片工作台的移动，使芯片自动对准于拾取位置，再由芯片拾取机构将芯片拾取后放置于点胶后的PCB焊盘上进行粘接。晶片工作台再根据CCD检测出的数据，使下一个相邻的芯片自动对准于拾取位置，等待拾取机构的拾取；重复这个过程，直到PCB 框架的所有焊盘上都粘有芯片后，由传输机构把PCB框架传输到收料工位，由收料机构将粘接完成的产品传送出去。 在高速粘片机中，晶片工作台机构根据CCD相机测量的数据，完成自动对准功能，要求在对准的过程中，实现精确的定位和快速的运动。晶片台由x、y工作台及晶圆承载台组成，采用双层直线导轨工作台和滚珠丝杠副，其主要技术参数： x向总行程：220 mm y向总行程：220 mm x向单步行程：10 mm y向单步行程：10 mm x、y向定位精度：±5 μm x、y向单步运行时间：50 ms 根据功能和技术参数，我们采用了双层直线导轨工作台和滚珠丝杠副，如图1。
运动控制卡概述 ? ?主要特点 ?SMC6400B独立工作型高级4轴运动控制器 功能介绍: 高性能的独立工作型运动控制器以32位RISC为核心，控制4轴步进电机、伺服电机完成各种功能强大的单轴、多轴运动，可脱离PC机独立工作。 ●G代码编程 采用ISO国标标准G代码编程，易学易用。既可以在文本显示器、触摸屏上直接编写G代码，也可以在PC机上编程，然后通过USB通讯口或U盘下载至控制器。 ●示教编程 可以通过文本显示器、触摸屏进行轨迹示教，编写简单的轨迹控制程序，不需要学习任何编程语言。 ●USB通讯口和U盘接口 支持USB1.1全速通讯接口及U盘接口。可以通过USB接口从PC机下载用户程序、设置系统参数，也可用U盘拷贝程序。
●程序存储功能 程序存储器容量达32M，G代码程序最长可达5000行。 ●直线、圆弧插补及连续插补功能 具有任意2-4轴高速直线插补功能、任意2轴圆弧插补功能、连续插补功能。应用场合: 电子产品自动化加工、装配、测试 半导体、LCD自动加工、检测 激光切割、雕铣、打标设备 机器视觉及测量自动化 生物医学取样和处理设备 工业机器人 专用数控机床 特点: ■不需要PC机就可以独立工作 ■不需要学习VB、VC语言就可以编程 ■32位CPU, 60MHz, Rev1.0 ■脉冲输出速度最大达8MHz ■脉冲输出可选择: 脉冲/方向, 双脉冲 ■2-4轴直线插补 ■2轴圆弧插补 ■多轴连续插补 ■2种回零方式 ■梯型和S型速度曲线可编程
■多轴同步启动/停止 ■每轴提供限位、回零信号 ■每轴提供标准伺服电机控制信号 ■通用16位数字输入信号，有光电隔离 ■通用24位数字输出信号 ■提供文本显示器、触摸屏接口 技术规格: 运动控制参数 运动控制I/O 接口信号 通用数字 I/O 通用数字输入口 通用数字输出口 28路，光电隔离 28路，光电隔离，集电极开路输出 通讯接口协议
毕业设计
茂名职业技术学院 2011年12月21日 数控铣床X-Y工作台设计 【摘要】 本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的x-y 数控铣床工作台。X-Y数控工作台的机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单，实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了微机的软件与硬件功能以实现对机床的控制,使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、步进电机的选用、传动装置的设计、电气控制部分的设计和相关软件的设计。本设计的经济型数控工作台精度并不高，采用开环系统；机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠，从而驱动工作台进给。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电，所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体即转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。 关键词：X-Y数控工作台；设计任务；机械传动部件；控制系统
CNC XY table design Abstract The design is in the NC machine tool works on top of design a simple, economical CNC xy table. XY table CNC electromech anical system design is an open-loop control system, its structure is simple, convenient and can guarantee to achieve a certain degree of accuracy. Reduce costs, is a computer-controlled technology, the simplest applications. It is full advantage of the crisis in software and hardware capabilities in order to achieve the control of machine tools; to expand the scope of processing machines, precision and reliability, and further enhanced. Design task is completely around the NC machine tool works and carried out,this design fully reflects the CNC machine tools and electrical equipment, machinery and equipment part of the close combination of parts. CNC XY table design includes the overall program design, selection of stepper motors, gear design, electrical control part of the design and related software design. The design of the economy is not high-precision CNC table, using open-loop system; mechanical transmission part is directly connected to ball screw stepping motor, which drives table feed . Stepper motor is a pulse signal will be transferred into the angular displacement of the electromechanical DAC device. Its working principle is: each to a pulse will be generated in the stator circuit in a certain space rotating magnetic field; due to pass the three-phase stepper motors AC Therefore, the number of input pulses and the time interval is different from the rotation of the rotor rotation speed and the length of time are different. As the rotating magnetic field into which the power of both the rotor conductor cutting magnetic field lines when the role of a force, from the realization of the rotating magnetic field corresponding rotational force of rotor rotation, so the rotor can be achieved only lead screw rotor
1.1维鸿系统的安装 在安装新的维鸿前，请删除旧版本的维鸿。删除的方法请参考程序卸载一节。维鸿系统包括软件和运动控制卡两部分。所以，系统的安装也分为两个阶段：软件安装和运动控制卡的安装。 总体上，请您在安装完软件之后再安装运动控制卡，这样运动控制卡的驱动 程序就不需要单独安装。所以简单以说，可以分为这样几个步骤： (1)安装维鸿软件，待安装程序提示关闭计算机后，关闭计算机。 (2)关闭计算机后，安装运动控制卡。 (3)重新启动计算机，进入Windows操作系统后，略微等待一会，待Windows 自动完 成配置，整个安装工作就算完成了。 (4)运行维鸿系统。 下面详细介绍其中的关键步骤。 维鸿软件安装 请按照下面的步骤安装软件： (1)打开计算机电源，启动计算机，系统自动运行进入Windows操作系统。 如果你还没有安装Windows操作系统，请首先安装该操作系统。 (2)Windows操作系统启动后，注意请关闭其他正在运行的程序。 (3)解压维鸿V2.0免安装包，打开里面的dotNetFrameWork文件夹，安装 dotNetFx40_Full_x86_x64.exe (4)打开维鸿V2.0文件夹，右键创建桌面快捷方式
(5)双击打开桌面快捷键方式，运行维鸿。 NcStuHio.... 维鸿软件驱动安装 USB 设备驱动支持XP 、win7或win8等32位操作系统，任何一个小的错误 都有可能安装驱动失败。 1. 将USB 数据线连接到电脑任意 USB 接口，若出现新硬件向导信息提示 中选“是，仅这一次(I ) ”选项，点击“下一步”。在出现新硬件向导信息提示 中选“从列表或指定位置安装(高级)”选项，点击“下一步”。 X Nc^tudi^.exe 二 NcStudia.txe.config 话 ” Ncituclio.ini ,INcstudi? 」Ncitudisoooooao 込 Noiijdll Ncuixllljcorifiig O public.dat X WHDJcc 空 2y U S B Ds vAtkr .d 11 2015-S^I 14:21 创建日! S9J KB 36D 云盘 嵯(H) WifilVlerge 康用360im 占用 梔用3讯動删住 隹角北0时本旦云査棗 梅用何勰右歸理 口上传到百度云 雄到任务栏(K) 附刹［幵冏菓鱼(U) 瓯以前旳龄S 盘送對㈣ 蛊切⑴ 复制(0 IW) 创建快捷方式(S) 892 KE Figurdti... 1 KB 1 KB 73 KB 2 KG 4展 1,243 KB Team Viewer 辫 传惑初 Q 压宿izi p p E d)艾彳牟宝 邮件阳牛人 ■ ,DVD RW 3動髓 ?
X-Y 数控工作台课程设计 一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：X —Y 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台，主要参数如下： （1）工作台面尺寸C ×B ×H ＝185mm ×195mm ×27mm ； （2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝385mm ×385mm ×235mm ； （3）工作台加工范围X=115mm Y=115mm ； （4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm 、脉冲；X 、Y 方向的定位精度均为±0.01mm ； （5）负载重量G=235N ； （6）工作台空载最快移动速度为3m/min ； 工作台进给最快移动速度为1m/min 。 （7）立铣刀的最大直径d=20mm ； （8）立铣刀齿数Z=3； （9）最大铣削宽度20e a mm ；
（10）最大被吃刀量10p a mm 。 1．2总体方案的确定 图1-1 系统总体框图 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 ② 丝杠螺母副的选择 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm 的脉冲当量和±0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 ③ 减速装置的选择 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输
２０１６年１月第４４卷第２期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＪａｎ ２０１６Ｖｏｌ ４４Ｎｏ ２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０２ ０４８ 收稿日期：２０１４－１１－０３ 作者简介：张从鹏（１９７５ ），男，博士，副教授，研究方向为数字化制造技术与装备三Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏａｒｉｎｇｒｏｃ＠ｎｃｕｔ ｅｄｕ ｃｎ三基于ＤＳＣ和ＦＰＧＡ的运动控制卡设计 张从鹏，刘同，赵康康 （北方工业大学机电工程学院，北京１００１４４） 摘要：针对四轴运动控制卡进行研究，设计了一种基于数字信号控制器ＤＳＣ和ＦＰＧＡ双核架构的四轴数字量和模拟量运动控制卡；开发了数字脉冲输出模块二模拟量模块二标志位模块二编码器接收模块及接口电路等硬件；基于开发的硬件系统，实现了运动控制粗精两级插补算法，粗插补采用数据采样算法，精插补采用数字积分法，完成了控制卡软硬件调试三实验结果表明：控制卡实现了步进电机和伺服电机的多轴精确位置控制，性能稳定，可以满足多数工业场合应用三 关键词：四轴运动控制卡；ＤＳＣ；ＦＰＧＡ；插补算法 中图分类号：ＴＰ２３一一文献标志码：Ｂ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２－１５６－３ ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄｏｎＤＳＣａｎｄＦＰＧＡ ＺＨＡＮＧＣｏｎｇｐｅｎｇ，ＬＩＵＴｏｎｇ，ＺＨＡＯＫａｎｇｋａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｏｕｒ?ａｘｉｓｄｉｇｉｔａｌａｎｄａｎａｌｏｇｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＤＳＣ）ａｎｄＦＰＧＡｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎ?ｃｌｕｄｉｎｇｄｉｇｉｔａｌｐｕｌｓｅｏｕｔｐｕｔｍｏｄｕｌｅ，ａｎａｌｏｇｍｏｄｕｌｅ，ｆｌａｇｍｏｄｕｌｅ，ｅｎｃｏｄｅｒｒｅｃｅｉｖｅｒｍｏｄｕｌｅａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌ?ｏｐｅｄｈａｒｄｗａｒｅ，ｃｏａｒｓｅａｎｄｆｉｎｅｔｗｏｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｓａｍｐｌｅ?ｄａｔａｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｃｏａｒｓｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ，ｄｉｇｉｔａｌｄｉｆｆｅｒ?ｅｎｔｉａｌａｎａｌｙｚｅｒｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｆｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎ?ｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｍｕｌｔｉ?ａｘｉｓｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｏｓｔｅｐｐｅｒ／ｓｅｒｖｏｍｏｔｏｒ，ｉｔｃａｎｍｅｅｔｍｏｓｔｉｎ?ｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｏｕｒ?ａｘｉｓｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＤＳＣ）；Ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）；Ｉｎｔｅｒｐｏｌａ?ｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ一一运动控制卡作为运动控制系统中的核心数据处理部件，是高性能运动控制的重要部件，对其性能的要 求也越来越高三目前工业上应用的运动控制卡多采用ＤＳＰ或ｘ８６芯片作为主处理器，依靠其强大的数据处理能力实现系统管理和数据插补，造价高昂，运动控 制的实时性得不到保障［１］三随着微电子技术的发展，以ＳＴＭ３２Ｆ４为代表的新一代处理器数字信号控制器（ＤＳＣ）应运而生三ＤＳＣ是一种集微控制器（ＭＣＵ）和数字信号处理器（ＤＳＰ）专长于一身的新型处理 器，既集成了ＤＳＰ处理器的实时硬件算法，又具有ＭＣＵ接口丰富的优点，系统功耗低，十分适合电机控制二电源转换和传感器处理等领域［２－３］三作者面向工业应用，基于ＤＳＣ＋ＦＰＧＡ硬件架构，采用ＤＳＣ处理器ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６和ＦＰＧＡ芯片ＥＰ４ＣＥ１０Ｆ１７Ｃ８Ｎ 设计新型运动控制卡，粗精两级插补实现运动控制， 具有一定的现实意义三 １一运动控制卡结构 运动控制卡采用ＤＳＣ＋ＦＰＧＡ双核心结构，利用 了ＤＳＣ的控制器接口资源丰富和ＦＰＧＡ硬件可编程 及并行处理特点三ＤＳＣ负责接口二通信二数控粗插补二系统管理等功能，其上连接ＲＳ２３２接口二以太网接口二ＵＳＢ接口二ＦＬＡＳＨ二ＥＥＰＲＯＭ等存储芯片等三ＦＰＧＡ负责数控精插补模块二运动控制接口模块，其中包括：脉冲接口，编码器接口，Ｉ／Ｏ接口，标志位及手轮接口等５个接口功能三运动控制卡硬件结构如图１所示 三 图１一运动控制卡的基本结构
P M A C卡简介
1.PMAC卡-简介和预备知识 PMAC卡是功能非常强大的运动控制卡，但是网上PMAC的教程很少，仅有的几个教程还是官网培训教程，罗列概念和记流水账，最不喜欢这样的教程。自己学习PMAC卡的时候走了许多弯路，刚好找完工作就写一下PMAC的相关教程，看完整个系列的教程，相信对于PMAC的使用是没有问题的，主要分为以下几个模块： 1.简介和预备知识 2.PMAC硬件 3.PMAC下位机编程 4.PMAC上位机编程 PMAC简介 PMAC基本上算是自动控制行业中功能最强大的运动控制卡了，虽然价格不菲，但是使用及其方便，功能也极其强大，怎么强大自己去搜啦，这是官网链接。PMAC是一系列控制卡的简称，常用的有PMAC1、PMAC2、Turbo PMAC1、 Turbo PMAC2、UMAC、Clipper等，基本功能和使用方法是一样的，这里我使用的是Turbo PMAC1控制卡。 在国内PMAC有多家代理，笔者固定联系的是苏州均信，维修的话有北京泰道公司，北京泰道公司的官方QQ群号为190220668 ，在群里面可以提问，有各路大神和官方人员解答疑问，群共享里面也有许多资料供学习。 运动控制基础 “工欲善其事，必先利其器”，在本文中还是先说一下运动控制相关理论，这里只是一些基本概念，深入了解还是要自行查看相关资料。 定义：在复杂条件下将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度(转矩)的控制。 最简单的运动控制系统 我们考虑一个最简单的控制卡-驱动器-电机反馈运动控制系统 控制器：根据要求的参考输入信号（如位移、速度、力等），产生相应的控制信号，这里对应PMAC控制卡。 执行机构：根据运动控制器发出的控制信号，产生操作量，作用在被控对象上，带动被控对象产生相应的运动。运动控制中执行机构通常由电机及其驱动器组成的，其中驱动器提供电机功率，使得电机做旋转或直线运动。 被控对象：将被操纵的机器设备称为被控对象。这里对应常用旋转电机运动模组或直线电机模组。
运动控制卡应用编程技巧 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 关于源代码的阅读，需要读者有一定的C++编程基础，至少对以下表示形式不会产生误解：const char *pString; //指定pString邦定的数据不能被修改 char * const pString; //指定pString的地址不能被修改 const char * const pString; //含上面两种指定功能 当然，随便提醒一下，这些源代码若需要加入你的软件工程当中，还需要作一些调整和修改，因此，这些源代码实质上称为伪代码也可以，之所以展现它们，是让程序员们有个可视化的快感，特别是那些认为源代码就是一切的程序员。 同时，为了提高针对性，大部分控制卡调用的函数会明确指出是邦定哪些卡的，实际应用时，程序员可自行选择，以体现一下自己的智商是可以写写软件的。 一、控制卡类的单一实例实现 把控制卡类作一个类来处理，几乎所有C++程序员都为举双手表示赞同，故第一个什么都没有的伪代码就此产生，如下表现： class CCtrlCard { public:
…Function public: …attrib } 于是，用这个CctrlCard可以产生n多个控制卡实例，只要内存足够。然而，针对现实世界，情况并不那么美好。通常情况下，PC机内只插同种类型的控制卡1到2张，在通过调用d1000_board_init或d3000_board_init函数时，它们会负责返回有效卡数nCards，然后从0-nCards*4 - 1自行按排好轴数。初始化函数就是C++的new或malloc的操作，取得系统的资源，但是控制卡的资源与内存不一样，取得资源后必需要释放才可以再次获取，即控制卡资源是唯一的。 既然控制卡资源是唯一的，那么最好Cctrlcard产生的实例也是唯一的，这样，我们可以方便的需要定义一个全局变量即可: CctrlCard g_Dmcard; 在其它需要调用的地方，进行外部呼叫： extern CctrlCard g_DmcCard; 以上方法实在太简单了，很多人都会开心起来。实质上，方法还有很多，即然可以产生n 多对实例，我们的核心是只要保证调用board_init函数一次即可，故也可以单独定义一个InitBoard函数： class CctrlCard {
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 system based on motion control card 柳叶青1，*邓振生1，陈真诚1，牟轩沁2 LIU 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。 关键词：PCI-8134运动控制卡；运动控制；VC++ Abstract: In this article, a motion control system based on control card of multi-axis movement was introduced. It is grounded on the industrial computer, the common operation system; a multi-axis motion control card, PCI-8134, and its movement function library, the interface in VC++ Language can be programmed in order to implement the control. The motion control functions include the movement of three axes separately; continuous linear movement and T-curve acceleration/deceleration movement of each axes, etc. Key words: motion control card PCI-8134, motion control, VC++ 0 引言 运动控制技术的发展是推动新的产业革命的关键技术。传统的数字运动控制装置一般直接采用微机或单片机来实现位置控制，外围电路复杂，计算速度慢。近年来，对运动控制系统的速度和精度的要求愈来愈高，使得传统的运动控制系统难以取得满意的控制效果，因此急需一种运算速度快、可以满足高精度运动控制的。随着技术的成熟稳定，目前市场上出现了种类繁多的运动控制卡。 本研究利用基于PCI总线的PCI-8134多轴运动控制卡及其功能库函数、工控计算机，设计了可控制多轴的步进电机、按照编程预定的运动轨迹及运动参数作定位运动的控制系统。本系统具有通用性，可方便地移植到各种运动控制系统的开发中去，例如机器人、雕刻机及专用数控机床的开发等。 1 基于运动控制卡的运动控制系统实现原理 运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC 机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作，例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等；控制卡完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等。 运动控制卡通过板卡接口输出PC机运算结果的运动控制脉冲数和运动方向控制等信号，经过伺服驱动功率放大器放大后，驱动步进电机或交流数字伺服电机转动，再通过滚珠丝杠传动机械，驱动两轴或三轴精密十字工作台运动。对于运动目标位置控制通常有两种模式：一种模式是采用步进电机驱动的开环控制系统模式，另一种是采用交流数字伺服电机驱动闭 * 本文通讯作者：邓振生
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PMAC控制卡学习（硬件） 第一章PMAC简介 PMAC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。 的特点： PMAC卡是美国Delta Tau公司九十年代推出的多功能运动控制器，能够提供运动轴控制，PLC控制和数据采集等多种功能。 PMAC的分类及区别 PMAC的分类 1. PMAC卡按控制电机的来分：有1型卡和2型卡。1型卡控制信号为±10V 模拟量，主要用速度方式控制伺服电。2型卡输出PWM数字量信号，可直接变为PULSE+DIR信号，来控制步进电机和位置控制方式的伺服电机。 2. PMAC卡按控制轴数来分：有2轴卡(MINI PMAC PCI)，4轴卡(PMAC PCI Lite，PMAC2 PCI Lite，PMAC2A-PC/104及Clipper)，8轴卡：（PMAC-PCI，PMAC2-PCI，PMAC2A-PC/104及Clipper），32轴卡：（TURBO PMAC和TURBO PMAC2）。 3. PMAC卡按通讯总线形式分：有ISA总线，PCI总线，PCI04总线，网口和VME总线。PMAC各种轴数的1型和2型卡，都有上述的计算机总线方式供选择。PMAC除上述形式外，还可以提供集成的系统级产品．有：UMAC，IMAC400，IMAC800 ，IMAC flexADVANTAGE400 ，ADVANTAGE900等。 PMAC 1型卡与2型卡的主要区别 PMAC 1 PMAC2 CPU时钟（缺省）20MHZ 40MHZ
控制信号形式DAC模拟量PWM数字量 双端口RAM选项只有8轴卡不在板在板 在板I/O点数16IN 16OUT 32IN/OUT +8IN 8 OUT 常用接线板ACC8D ACCP ACC8F ACC8S ACC8E 第二章Turbo PMAC Clipper控制器硬件配置Turbo PMAC Clipper控制器简介 Turbo PMAC Clipper控制器(Turbo PMAC2 Eth-Lite) 是一款具备全部Turbo PMAC 特征的，用于对成本极端敏感的应用的多轴运动控制器。这种功能强大的，但是又同时具备结构紧凑和超高性价比优点的多轴运动控制器，标准版本即带有Ethernet 以太网和 RS232 通讯接口以及内置 I/O。 Clipper 控制器不仅采用了一颗完整的Turbo PMAC2-CPU 而且提供了一个四轴伺服或步进控制加32个数字I/O 点的最小配置，控制轴数和I/O还可以扩展。 Turbo PMAC Clipper硬件配置 Turbo PMAC Clipper硬件标准配置为： ●电路板尺寸是110mm×220mm； ●80 MHz DSP56303 Turbo PMAC CPU（CPU时钟频率为80MHZ）； ●256k x 24用户SRAM(即静态随机存储器,是一种具有静止存取功能的，不需 要刷新电路即能保存它内部存储的数据。存储容量为256K,地址线有24条。)； ●1M x 8 flash mermory用于备份及固件存储；(闪存是一种非易失性，即断 电数据也不会丢失。内存为1M，8条I/O接口。)； ●RS-232串行接口；（上的之一，通常 RS-232 接口以9个(DB-9)的型态出现， 一般个人上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。）； ●100 Mbps以太网接口；（传输速率100Mbps=100/8=s） ●480 Mbps USB 接口；
2. VC 编程示例 2.1 准备工作 (1) 新建一个项目,保存为“ VCExample.dsw ”； (2) 根据前面讲述的方法,将静态库“ 8840.lib ”加载到项目中； 2.2 运动控制模块 (1) 在项目中添加一个新类,头文件保存为“ CtrlCard.h ”,源文件保存为“ CtrlCard.cpp ”； (2) 在运动控制模块中首先自定义运动控制卡初始化函数,对需要封装到初始化函数中的库函数进行初始化； (3) 继续自定义相关的运动控制函数, 如：速度设定函数,单轴运动函数,差补运动函数等； (4) 头文件“ CtrlCard.h ”代码如下： # ifndef __ADT8840__CARD__ # define __ADT8840__CARD__ 运动控制模块 为了简单、方便、快捷地开发出通用性好、可扩展性强、维护方便的应用系统,我们在控制卡函数库的 基础上将所有库函数进行了分类封装。下面的示例使用一块运动控制卡 ****************************************************** #define MAXAXIS 4 //最大轴数 class CCtrlCard { public: int Setup_HardStop(int value, int logic); int Setup_Stop1Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop1 信号方式) int Setup_Stop0Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop0 信号方式) int Setup_LimitMode(int axis, int value1, int value2, int logic); (设置限位信号方式) int Setup_PulseMode(int axis, int value); (设置脉冲输出方式) int Setup_Pos(int axis, long pos, int mode); (设置位置计数器) int Write_Output(int number, int value); (输出单点函数) int Read_Input(int number, int &value); (读入点) int Get_CurrentInf(int axis, long &LogPos, long &ActPos, long &Speed); (获取运动信息) int Get_Status(int axis, int &value, int mode); (获取轴的驱动状态) int StopRun(int axis, int mode); (停止轴驱动) int Interp_Move4(long value1, long value2, long value3, long value4); (四轴差补函数) int Interp_Move3(int axis1, int axis2, int axis3, long value1, long value2, long value3); (三轴差补函数) int Interp_Move2(int axis1, int axis2, long value1, long value2); (双轴差补函数) int Axis_Pmove(int axis ,long value); (单轴驱动函数) int Axis_Cmove(int axis ,long value); (单轴连续驱动函数) int Setup_Speed(int axis ,long startv ,long speed ,long add ); (设置速度模块) int Init_Board(int dec_num); (函数初始化) (设置速度模块) CCtrlCard(); (定义了一个同名的无参数的构造函数) int Result; // 返回值 }; #endif
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Maxon RE-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。 1.1 GT-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；