基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设

计

摘要：在QT集成开发环境下，基于RT Linux平台，通过PC机以及运动控

制卡主从式控制结构，设计多轴联动控制系统，满足动态调度多任务请求的同时，从该系统的硬件、软件控制系统设计入手，实现并验证该系统多轴联动的任意轨

迹插补运动可靠稳定性。

关键词:运动控制卡；多轴联动；开放式控制系统

引言：伺服电机由于长期使用脉冲控制方式，影响系统兼容稳定性，因此需

采用总线型伺服电机作为动力装置。在本文中，借助QT开发平台，设计开放式

多轴联动控制系统，结合EtherCAT 工业现场总线，并采用高稳定性的工控机、

高速高精多轴运动控制卡、总线型伺服电机，构建开放式模块体系结构平台，以

满足调度多目标、多工位的应用需求。

一、硬件控制系统设计

硬件控制系统整体结构具有较强的拓展性，可以满足系统模块化设计要求，

对于硬件控制系统结构的分析需要从PC 机、运动控制卡、伺服系统、反馈类传

感器等部件入手：

首先，PC 机作为系统的管理层，其主要功能包含以下几点：第一，建立HMI

交互界面；第二，规划加工路径，产生加工程序，优化路径以及速度规划；第三，和运动控制卡之间做高速数据交互；第四，PC 机还具有监控以及管理功能，实

时关注多轴联动系统运行动态，并加强对交互界面的管理。

其次，本文当中运动控制卡主要选取HUST品牌的A6E总线型运动控制卡

A6EC-6型。该运动控制卡独立于PC之外不依赖PC的稳定性，这使得控制耦合度

大幅度降低。不仅能够容纳大量的数据，同时也可以产生较高的总线传输效率。

运动控制卡当中的微处理器，可以将参数整合，形成高速位置指令，通过EtherCAT总线与伺服系统远程拓展模块进行连接，从而能够同步驱动和控制多颗

伺服电机，提升运动控制卡构件系统整合能力。

再次，硬件控制系统结构当中的伺服电机系统主要功能为通过位置控制方式

接收电机编码器位置反馈信号，从而根据信号实时调节运动控制参数，构建封闭

的循环控制系统，准确寻找多轴联动位置和方向。

控制系统结构图

二、软件控制系统设计

（一）控制系统功能要求

终端应用对控制系统的功能性要求，主要有以下几点：第一，完成六轴联动，严格控制x、y、z、a、b、c轴，满足插补运动以不同运动轨迹形态在三维空间

内的活动要求；第二，需要注意的是，无论何种工况，控制系统都必须能够返回

原点；第三，控制系统需要选取最优路径，以此来响应多任务、多目标动态调度

请求；第四，软件控制系统需要同时具备手动调控以及现场监控的功能。

（二）控制系统程序实现

在本文当中，借助QT平台以及运动控制卡所设计的软件系统，具有模块化

的特性，并且集数据收集整理、调试等功能为一体，主要分为硬件初始化、参数

设定、动态调度、加减速控制、运动指令解码、算法实现、状态监控操作模式切

换等不同系统功能模块。

1.控制系统硬件初始化

运动控制卡、通信总线等作为系统程序的主要硬件设备，为了达到系统控制要求，需对其进行初始化操作。而其中关于运动控制卡的初始化操作需要借助动态函数，运用适配运动控制卡号作用于伺服系统寄存器，完成初始化操作过程。

2.运动控制

电机运动控制流程为：PC下达控制指令至运动控制卡，EtherCAT总线通讯驱动并操作寄存器，完成控制过程。同时在三维空间内，为了方便终端机构进行连续的任意轨迹运动，需要采用单轴运动控制点位运动和连续轨迹运动，控制S －Curve 曲线与T－Curve曲线加减速度，以此来达成控制三轴线性插补运动、三轴螺旋插补运动、二周圆弧插补运动等操作的控制。

3.全闭环控制方法实现

实现全闭环控制方法需要采用PID算法，并根据加速度前馈增益、低通滤波器特性。借助扰动观察器等相关设备，实施调节比例、积分微分等相关环节，实现双环PID调节控制过程。

需要注意的是，为了规避积分饱和问题，用户可以在PID算法的帮助下通过操作寄存器参数，以此来进行增益切换。加快系统的响应速度，并且通过所增加的前馈环节，补偿系统相差和增益，改造系统控制极点，以此来对控制系统进行实时的追踪。

闭环控制器所具有的鲁棒性以及抗干扰抑制能力。，可以抵消系统多轴联动高低频振荡问题。其扰动抵销过程为：输出对象在采集系统当中，转换为理论输入，通过比对理论输入和实际输入变量，获得扰动量传输至输出对象，完成抵消过程。

4.HMI用户软件设计

调控硬件系统组件需要借助多轴联动系统控制界面平台，输出指令并进行远程操作。通过后台驱动器实时监测系统运行概况，从而能够有效的匹配界面设计和模块化功能程序。

单轴联动系统控制界面共分为六大功能窗口区块。其区块的主要功能和优势

有以下几点：

第一，区块与运动控制卡以及伺服单元有着密切的关联，恢复运动控制卡的

初始化状态，在伺服系统当中设置查找、选择等功能，都与区块有着直接的连接；第二，转变伺服电动机操作模式，需要依靠区块查找并匹配适宜的动态函数来进

行控制；第三，系统初始速度参数、时间参数、速度运动参数等都需要通过区块

发布运动指令来获取；第四，在RESET按钮指令的帮助下，区块不仅可以重设系

统命令，同时也能够实时监测伺服电机运行概况。

多轴联动界面主要分为七大功能窗口区块。其与单轴联动功能不同的是，多

轴联动可以精准的把握单轴运动，并且自身所富有的功能界面也要高于单轴联动

界面。两者的相似之处在于初始化运动控制卡、设置运动参数、监测电机运行等。

多轴联动控制系统的操作流程为：运动控制卡接收PC机所发出的运动指令，并将指令传输至伺服电动机，从而进行线性模组移动，最终得到的定位信息主要来自于光栅尺位置以及伺服电机编码器反馈信息。为此在本文当中，针对目标位置加

速度、运行速度等设置不同的参数并进行实验，得出最终反映各种高速动态响应

的实验数据，包含0.5米的正反向误差、58 μm以及15.6μm的重复定位和综合

定位精度、10μs的三轴联动响应速度。经过比对可以发现，多轴高速联动定位

得以更加精确，可以放心的应对多工位复杂动态调度需求。

三、结论

综上所述，借助windows开发环境以及QT平台，并且通过使用C以及C++编

程语言读取运动控制卡动态函数库数据，在多伺服电机的协调控制下研制出多轴

联动试验平台界面。在本文中所设计的多轴联动控制系统，可以控制单轴速度、

二轴线性以及三轴线性插补运动，同时还能够借助该系统更加方便的显示伺服电

机运动轨迹，设置运动参数。经过最终的实验，验证该系统具有足够的可靠稳定性。

参考文献：

[1]江小玲，舒志兵.基于 CAN 总线多轴伺服电机的同步控制[J].机床与液压，2012，40(8):120-122.

[2]刘洋.永磁同步电机伺服系统实用技术的研究[D].南京: 南京航空航天大学，2010：20-36.

毕业设计82基于运动卡的控制系统

论文摘要本文介绍了一种自行研制的基于运动控制卡的实用于实验室及一般机械化的场所的工业机器人控制系统。机器人具有三个自由度（即：RRP-------大臂回旋、仰角、小臂伸缩三个运动）和一个手爪开合动作，采用全电动驱动方式控制。该控制系统以PCI---208系列TYIO运动控制卡为主要硬件设备，其它外围设备包括直流电机调速器、行程开关、光电编码器、中间继电器和与之配套的接口电路。整个系统通过PCI—208运动控制卡实现对机器人各个关节的位置伺服控制和多个关节的协调控制，并与光电轴角编码器相组合构成一个全闭环系统，达到对机器人各个部位的转速和角位移量进行精确控制，实现其精准定位。实践证明基于TRIO运动控制卡的工业机器人控制系统可以有效地提高整个机器人系统的性能及开发效率。关键词：工业机器人；伺服电机；TRIO 运动控制卡；PCI—208；

Abstract This thesis introduces a robot control system based on the TRIO sport control card. The robot has three freedoms degree( namely :RRP—The big arm return ,angle of elevating ,small arm flexible three sport ) open to match the action with a hand claw, adopt whole dynamoelectric drive the way control . The main hardware of the system is the series PCI—208 TRIO sport control the card ,other peripherals include the direct-current electrical engineering to adjust soon machine ,route of travel switch ,light electricity stalk Cape coder ,middle relay and its interface circuit. The whole system is controlled by the sport PCI-208 control card .It can control the position of all joint and make them work coordination .The system is a semi-close loop control with light electricity stalk Cape coders .So it can control the robot’s motion with high precision . It is practiced that the AGV robot based on the TRIO sport control card can work with high efficiency . Keyword: Industry robot; Servo motor ;Sport control card ; PCI-208; TRIO Control card

多轴运动控制系统的精度优化算法设计

多轴运动控制系统的精度优化算法设计随着机器人技术的不断发展，多轴运动控制系统已经成为现代工业自动化系统中不可缺少的一部分。多轴运动控制系统可以实现对多个运动轴的精确定位和控制，因此被广泛应用于各种领域，例如自动化生产线、医疗设备、机器人等。这些应用领域对多轴运动控制系统的精度和可靠性有较高要求，因此，如何提高多轴运动控制系统的精度是一个重要的研究方向。本文将介绍多轴运动控制系统的精度问题及其优化算法设计。一、多轴运动控制系统的精度问题多轴运动控制系统通常由伺服电机、编码器、运动控制器和驱动器等组成。在多轴运动控制系统中，精度是衡量系统性能的一个重要指标。但是，多轴运动控制系统的精度不仅受到机械结构、电子元件和软件算法等多方面因素的影响，还受到运动过程中的干扰和失真等因素的影响。这些因素共同导致多轴运动控制系统的精度下降。在多轴运动控制系统的实际应用中，常见的精度问题包括： 1. 运动轴之间的协调精度不足； 2. 运动轴的位置偏差大，导致定位误差； 3. 运动轴的速度波动较大，导致加速度和减速度的控制不准确。以上这些问题都会导致多轴运动控制系统的性能下降，影响生产和制造效率。因此，如何提高多轴运动控制系统的精度是一个重要的课题。二、多轴运动控制系统的精度优化算法设计为了提高多轴运动控制系统的精度，研究者们提出了许多算法。下面介绍几种常见的算法：

1. 增量式PID控制算法增量式PID控制算法是一种基于误差积分的控制算法。这种算法可以通过对每个控制周期内的误差进行积分，计算出控制输出量的变化量，从而实现对运动轴位置的精确定位。增量式PID控制算法能够有效地抑制运动轴位置偏差，并且能够实现对速度的控制。 2. 模型预测控制算法模型预测控制算法是一种基于控制模型的控制算法。这种算法可以通过对运动轴系统进行建模，预测出下一个时刻的控制输出量，并且针对预测值进行修正，从而实现对运动轴位置的控制。模型预测控制算法能够有效地抑制运动轴的振荡和抖动，并且能够实现多轴之间的协调。 3. 运动规划算法运动规划算法是一种基于时间和路径信息的算法。这种算法可以根据要求的运动轨迹，通过优化运动路径和时间，在控制系统中实现高效的运动规划。运动规划算法可以避免运动轴之间的冲突和干扰，从而实现多轴协调运动。以上这些算法都可以提高多轴运动控制系统的精度，但是在不同的应用场景下，不同的算法可能会有不同的优缺点。因此，在使用这些算法时，需要根据实际情况选择合适的算法，并进一步对算法进行优化。三、多轴运动控制系统精度优化算法的实现对于多轴运动控制系统精度优化算法的实现，可以采用软件和硬件两种方式。 1. 软件实现在软件实现中，可以通过编写程序实现多轴运动控制系统的精度优化算法。例如，在使用增量式PID控制算法时，可以编写相应的控制程序，来实现系统对运动轴位置的控制。在使用模型预测控制算法时，可以编写相应的运动模型和控制算

基于EtherCAT的多轴运动控制器研究

EtherCAT工业以太网技术协会刘艳强、王健、单春荣应用领域：石油天然气石化化工冶金电力建材矿业开采造纸纺织印染食品饮料加工烟草汽车制造电子制造水处理建筑楼宇交通运输轨道交通纺织机械塑料机械橡胶机械食品机械包装机械制药机械印刷机械烟草机械机床电子制造设备基于工业以太网的运动控制器在工业机器人、数控机床和机电一体化加工和测试设备中获得了广泛应用。由于以太网通信速度快、数据量大等特点使运动控制性能得到了极大的提升。EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）技术（也称为以太网现场总线）是德国BECKHOFF公司提出的实时工业以太网技术，它基于标准的以太网技术，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，具有高速、高有效数据率等特点，其有效数据率可达90%以上，全双工特性完全得以利用。本文设计和实现了基于EtherCAT的伺服控制器从站，每个从站可以最多控制8个伺服轴。 1 EtherCAT技术介绍 1.1 EtherCAT系统组成和工作原理 EtherCAT采用主从式结构，主站PC机采用标准的100Base-TX以太网卡，从站采用专用芯片。系统控制周期由主站发起，主站发出下行电报，电报的最大有效数据长度为1498字节。数据帧遍历所有从站设备，每个设备在数据帧经过时分析寻址到本机的报文，根据报文头中的命令读入数据或写入数据到报文中指定位置，并且从站硬件把该报文的工作计数器（WKC）加１，表示该数据被处理。整个过程会产生大约10ns的时间延迟[1]。数据帧在访问位于整个系统逻辑位置的最后一个从站后，该从站把经过处理的数据帧做为上行电报直接发送给主站。主站收到此上行电报后，处理返回数据，一次通信结束。系统结构原理图如图1所示：EtherCAT支持几乎所有的拓扑类型，包括线型、树型、星型等，其在物理层可使用100BASE-TX 双绞线、100BASE-FX光纤或者 LVDS（Low Voltage Differential Signaling, 即低压差分信号传输），还可以通过交换机或介质转换器实现不同以太网布线的结合。快速以太网的物理层（100Base-TX）允许两个设备之间的最大电缆长度为100米，而LVDS的物理层只能保障10米的传输间距，适合于近距离站点的连接。整个网络最多可以连接65535个设备。借助于从站中的EtherCAT专用芯片和主站中读取网卡数据的DMA技术，整个协议处理过程都在硬件中进行。EtherCAT系统可以在30μs内刷新1000个I/O点，它可以在300μs内交换一帧多达1486个字节的协议数据，这几乎相当于12000个数字量输入或输出。控制100个输入输出数据均为8字节的伺服轴只需要100μs[2]。EtherCAT的高性能使它还可以处理分布式驱动器的电流（转矩）控制。 1.2 EtherCAT数据帧结构

基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统

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)

大型机器人集成控制系统的设计与实现

大型机器人集成控制系统的设计与实现第一章：绪论近年来，随着机器人技术的不断发展，越来越多的大型机器人被应用于机械加工、物料搬运、装配等领域，以提高生产效率和质量。然而，大型机器人的控制系统具有复杂性、高度集成性等特点，对控制系统的设计与实现提出了更高的要求。本文将针对大型机器人集成控制系统的设计与实现，进行详细讨论和探究。第二章：大型机器人集成控制系统的架构设计 2.1 大型机器人的运动控制大型机器人的运动控制通常由伺服电机控制器、运动控制卡、编码器等部分组成。在伺服电机控制器中，每个电机将被连接到一个单独的伺服电机控制器上。运动控制卡可实现机器人的运动规划和控制，编码器可实现对机器人姿态的反馈控制。 2.2 大型机器人的多轴控制大型机器人通常由多个自由度机构组成，需要对每个自由度机构进行控制。多轴控制器是大型机器人集成控制系统中至关重要的组成部分，其可以为每个自由度机构提供独立的控制，同时也可以对多个自由度机构进行协调控制。 2.3 大型机器人的传感系统

大型机器人的传感系统包括视觉传感器、力传感器等多种传感器。视觉传感器可以实现对机器人的位置和姿态进行反馈控制；力传感器可以实现对机器人在执行任务时受到的力的反馈控制。第三章：大型机器人集成控制系统的软件设计 3.1 大型机器人集成控制系统的软件框架设计大型机器人的集成控制系统的软件框架一般包括底层驱动程序、中间件和上层应用程序。底层驱动程序负责与硬件设备进行通讯；中间件负责对不同组件之间的通信进行管理；上层应用程序负责实现具体的机器人任务。 3.2 大型机器人控制系统的软件模块设计大型机器人集成控制系统的软件模块包括运动规划模块、动作控制模块、传感器数据采集模块等。其中，运动规划模块根据机器人的任务需求，完成机器人的运动路径规划；动作控制模块根据运动规划模块提供的命令，完成机器人的运动控制；传感器数据采集模块负责采集机器人在执行任务时的传感器数据。第四章：大型机器人集成控制系统的实现 4.1 大型机器人集成控制系统的软硬件环境搭建

多轴运动控制卡课设

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。四、总结多轴运动控制卡是工业自动化领域的重要组成部分，可以实现多个轴的精密运动控制。在设计和应用过程中，需要考虑多种因素，如实时性、精度、稳定性等。随着自动化技术的不断发展，多轴运动

基于cpci总线的运动控制卡的设计

基于cpci总线的运动控制卡的设计一、引言运动控制技术是指通过计算机控制系统，对机械设备的运动进行精确控制的技术。在工业自动化领域中，运动控制技术被广泛应用于各种机械设备的自动化控制系统中。其中，运动控制卡是实现运动控制的关键设备之一。本文将介绍一种基于cpci总线的运动控制卡的设计。二、cpci总线简介 cpci总线是一种高速、可靠、可扩展性强的计算机总线，它采用了电路板背板结构，支持多个插槽并行工作。cpci总线具有以下特点： 1. 高速：cpci总线采用PCI总线规范，传输速度高达33MHz。 2. 可靠：cpci总线采用了独立时钟和同步时钟两种工作模式，保证了数据传输的稳定性和可靠性。 3. 可扩展性强：cpci总线支持多个插槽并行工作，并且插槽之间可以通过背板进行互联。三、设计方案本文设计的基于cpci总线的运动控制卡主要包括以下几个模块：1. 控制器模块：该模块采用32位的ARM处理器作为核心控制芯片，具有高速、低功耗、可靠性强等优点。控制器模块主要负责运动控制算法的实现和数据处理。

2. 通信模块：该模块采用了高速的以太网接口，支持TCP/IP协议，可以实现与上位机的通信。 3. 电机驱动模块：该模块采用了高性能、低噪音、低功耗的步进电机驱动芯片，可以实现对步进电机的精确控制。 4. 传感器接口模块：该模块提供多种传感器接口，包括编码器接口、温度传感器接口、光电开关接口等。四、设计流程 1. 硬件设计硬件设计主要包括原理图设计和PCB布局设计两个部分。原理图设计需要根据系统功能需求进行组合和调整，同时要考虑到信号干扰和抗干扰能力。PCB布局设计需要遵循一定的规则和标准，如信号线长度匹配、地线铺设等。 2. 软件设计软件设计主要包括驱动程序编写和应用程序编写两个部分。驱动程序编写需要根据硬件设计进行适当的调整和优化，保证硬件和软件之间的兼容性和稳定性。应用程序编写需要根据系统功能需求进行开发，同时要考虑到数据处理的速度和精度。五、系统测试系统测试主要包括功能测试、性能测试和可靠性测试三个方面。功能测试需要对系统各个模块进行测试，确保系统能够正常工作。性能测试需要对系统的传输速度、响应时间等指标进行测试，确保系统具有

多轴运动控制器和驱动器

多轴运动控制器 1、运动控制器概述随着现代控制技术的提高，运动控制器的出现在某种意义上满足了新型数控系统的标准化、开放性的要求，为各种工业设备、国防设备以及智能医疗装置的自动化控制系统的研制和改造提供一个统一的硬件平台。整体而言，运动控制器是一种控制装置，其核心为中央逻辑控制单元,敏感元件一般为传感器，控制对象为电机或动力装置和执行单元。目前，大多数的运动控制器是一种基于PC机或工业PC机的上位控制单元，多用于控制步进电机或伺服电机，在控制过程中，控制器可以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）。一般地，控制器都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发，从而构造所需的控制系统。图1给出典型的PC+运动控制器组成的开放式控制系统的简图：一般地，运动控制器发送运动控制指令到伺服驱动器，由伺服驱动器驱动伺服电机运行，再通过伺服电机上的编码器反馈信号返回至运动控制器，至此，整个运动控制系统实现运动控制器的闭环控制。图1 典型的Pc+运动控制器组成的开放式控制系统的

2、运动控制器国内外研究现状在20世纪90年代,国际发达国家就已经相继推出运动控制器产品，包括美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器，英国TRIO公司的PCI208多轴运动控制器以及德国MOVTEC公司开发的DEC4T运动控制器等。近年来，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的工业领域所接受。目前，由这些发达国家研制的运动控制器已开始在机器人控制、半导体加工、飞行模拟器等新兴行业得到了很大的应用，其在传统的机床控制领域所占的市场份额也在不断的扩大。我国在运动控制器产品开发方面相对滞后，1999年固高科技有限公司开始开发、生产开放式运动控制器，随后，国内又有其它几家公司进入该领域，但实际上，其大多是在国内推广国外生产的运动控制器产品，真正进行自主开发的公司较少。深圳固高、深圳摩信是国内较早（20世纪90年代晚期）从事独立开放式运动控制器的厂家，推出了一些通用的运动控制器。如固高的GT系列运动控制器、摩信的MCT8000系列运动控制器；长沙力鼎科技有限公司的MC系列3轴模拟电压控制/编码器反馈型运动控制器，4轴有/无反馈脉冲输出型运动控制器；南京顺康数码科技有限公司的MC6014A使用了带插补功能、可以控制4个电机的DSP运动控制芯片，适用于PC机ISA 总线的线路板；成都步进机电有限公司的MPC01和MPC02系列3轴步进或数字式伺服控制运动控制器。目前，我国作为世界上经济发展最快的国家之一，市场上新设备

浅析运动控制卡的机械手控制系统研究

浅析运动控制卡的机械手控制系统研究摘要：随着生产制造的多样化，开放式的运动控制系统是发展的必然。本文笔者先对开放式控制系统进行了概述，然后介绍了一种具有控制方便、编程简单、方便功能修改和扩充的“PC+运动控制卡”机械手控制系统。关键词：运动控制卡机械手开放式控制系统现阶段，控制技术的发展趋势为控制系统的开放化。发展开放式的运动系统是由于以往封闭式的机器人控制系统只能对固定的业务完成固定的操作，无法适应生产任务不断变化的生产制造要求。封闭式的控制系统不能将先进的计算机技术运用到其中，同时，现代工业的加工呈现多样化，专业化，要求利用计算机强大的运算能力和软件资源。随着计算机技术的快速发展，PC机和运动控制卡相结合的开放式数控系统实现了控制的高精度，成本的低价格，而且易于扩展，方便编程。“PC+运动控制卡”的开放式控制系统在工业生产取得了很好的成果，得到了广泛的应用。 1、开放式控制系统概述现代工业生产制造具有柔性化的特点，所以控制器需要采用开放式的结构。开放式的控制系统结构要求机器人控制器的硬件和软件都可以根据生产要求作出灵活的调整。这样不但保持机器人的优良性能还延长机器人的使用寿命，有助于缩减成本。同时这样的开放结构可以将先进的控制技术加于已有的设备，避免了重新开发，降低了开发成本。开放式控制系统的实现一般是用双CPU进行上下位机通信实现的。这种模式可行性好，灵活性强，“PC+运动控制器”就是这种模式。这种控制系统由运动控制卡，PC机，再加上功率驱动装置，伺服电机，位置传感器反馈设备等共同构成。系统中，PC机负责呈现人机交互界面，对控制对象进行实时监控，并完成发送指令等管理工作；插入PC机的运动控制卡负责控制电机的运动，其中包括行程控制，速度控制，多轴插补等，不占用主机的资源。“PC+运动控制卡”这种控制系统具有控制精度高，开发灵活方便的特点，符合运动控制系统发展的趋势。 2、“PC+运动控制卡”的机械手控制系统 2.1系统硬件组成如上图所示，“PC+运动控制卡”的机械手控制系统的硬件组成为：工控机（或者通用计算机）、运动控制卡、交流伺服电机及驱动器、传感器、传动机构及机械手臂。这几部分共同构成了控制机械手臂的闭环系统。 2.2工作原理该系统在工作时，机械手臂接收角度传感器的信号，然后做出反应，将需要搬运的工件准确地运到指定的工位。该系统不但可以减少人力劳动，提高工作效率，还可以避免由于人工误操作带来的位置误差，能够保证工件放置位置的准确性。系统中的GT一400一SV运动控制卡以插件的形式通过PCI插槽插到PC 机中，构成上位机和下位机通信形式的开放式控制系统。上位机（及用户层）的主要任务是进行运动学计算，控制机械手臂运动参数的输入和指令的输入，并将系统的运行状态显示出来，完成人机交互界面的管理。下位机（及控制系统层）由GT一400一SV运动控制卡通过改变脉冲信号和方向信号的输出，检测原点

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计

摘要：在QT集成开发环境下，基于RT Linux平台，通过PC机以及运动控制卡主从式控制结构，设计多轴联动控制系统，满足动态调度多任务请求的同时，从该系统的硬件、软件控制系统设计入手，实现并验证该系统多轴联动的任意轨迹插补运动可靠稳定性。关键词: 运动控制卡；多轴联动；开放式控制系统引言：伺服电机由于长期使用脉冲控制方式，影响系统兼容稳定性，因此需采用总线型伺服电机作为动力装置。在本文中，借助QT开发平台，设计开放式多轴联动控制系统，结合EtherCAT 工业现场总线，并采用高稳定性的工控机、高速高精多轴运动控制卡、总线型伺服电机，构建开放式模块体系结构平台，以满足调度多目标、多工位的应用需求。一、硬件控制系统设计硬件控制系统整体结构具有较强的拓展性，可以满足系统模块化设计要求，对于硬件控制系统结构的分析需要从PC 机、运动控制卡、伺服系统、反馈类传感器等部件入手：首先，PC 机作为系统的管理层，其主要功能包含以下几点：第一，建立HMI交互界面；第二，规划加工路径，产生加工程序，优化路径以及速度规划；第三，和运动控制卡之间做高速数据交互；第四，PC 机还具有监控以及管理功能，实时关注多轴联动系统运行动态，并加强对交互界面的管理。其次，本文当中运动控制卡主要选取HUST品牌的A6E总线型运动控制卡A6EC-6型。该运动控制卡独立于PC之外不依赖PC的稳定性，这使得控制耦合度大幅度降低。不仅能够容纳大量的数据，同时也可以产生较高的总线传输效率。运动控制卡当中的微处理器，可以将参数整合，形成高速位置指令，通过 EtherCAT总线与伺服系统远程拓展模块进行连接，从而能够同步驱动和控制多颗伺服电机，提升运动控制卡构件系统整合能力。再次，硬件控制系统结构当中的伺服电机系统主要功能为通过位置控制方式接收电机编码器位置反馈信号，从而根据信号实时调节运动控制参数，构建封闭的循环控制系统，准确寻找多轴联动位置和方向。

伺服-运动控制卡的工作原理及其应用

伺服-运动控制卡的工作原理及其应用深圳众为兴数控运动控制卡通常是采用专业的运动控制芯片或高速DSP来满足一系列运动控制需求的控制单元，其可通过PCI、PC104等总线接口安装到PC和工业PC上，可与步进和伺服驱动器连接，驱动步进和伺服电机完成各种运动(单轴运动、多轴联动、多轴插补等)，接收各种输入信号(限位原点信号，sensor)，可输出控制继电器、电磁阀、气缸等元件。用户可使用VC、VB等开发工具，调用运动控制卡函数库，快速开发出软件。以一个通用的XYZ三轴通用控制平台开发为例，此平台加上胶枪、刀具等模块后可用于点胶、切割等用途，运动控制卡采用深圳众为兴数控开发的ADT8940A1，ADT8940A1运动控制卡是一款经济实用型运动控制卡，4轴伺服/步进电机控制，最大脉冲输出频率为2MHz，每轴均有位置反响输入；可实现2-4轴直线插补，可实现XYZ三轴插补，进展整体配合动作；带有40路隔离数字输入，16路隔离数字输出，可控制胶枪、刀具等模块；具有外部信号驱动、硬件缓存等功能，能满足绝大部分的4轴以下工作平台的运动控制需求。

ADT8940A1能驱动绝大多数的伺服驱动器。ADT8940A1运动控制卡采用脉冲的方式驱动伺服，脉冲数量决定伺服电机的转动圈数，脉冲频率决定伺服电机的转动速度，同时ADT8940A1卡可以将伺服电机的位置实时反响给控制系统软件。可将伺服报警、伺服到位等信号接入ADT8940A1卡，实时反响伺服状态。用输出可实现伺服的伺服使能和伺服报警去除等功能。我们XYZ轴采用丝杠传动方式的话，XY假设选用5mm间距的丝杠，将伺服的每转脉冲设置为10000,ADT8940A1控制卡控制精度为1个脉冲，机械的精度将可以到达5mm/10000=；ADT8940A1控制卡的速度可达2000000脉冲/秒，伺服电机的转速可以高达12000转/分钟，XY轴的速度可达1000mm/s。为了使机械运行更平稳，运用ADT8940A1的硬件加减速功能，能在很短时间内从低速加速到高速，同时也在运动中改变速度，实现速度灵敏控制，设置也很简单，只需用运动控制函数库中的set_startv设置低速，set_speed 设置高速，set_acc设置加速度即可将整个运动过程中速度交给运动控

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计

基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计摘要：现阶段，随着现代化建设的发展，工程领域的发展也越来越迅速。基于 PC机和运动控制卡的主从式控制结构，开发了一种面向多任务请求的多轴联动控制系统。详细介绍了系统硬件架构。借助VS集成开发环境，开发Windows环境下的多轴联动控制系统，并实现了多轴联动的任意轨迹插补运动，验证了该系统的可靠性和稳定性。关键词：运动控制卡；多轴联动控制；系统设计引言伺服电机常见的控制方式多为单片机控制、DSP控制、AＲM控制以及PLC控制等。这些控制方式的实现较为复杂，需从底层开发做起，配线复杂，开发周期长。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。设计的多自由度煤样抓取系统作为机电一体化设备，其控制核心在于多轴联动插补运动。本文设计了基于运动控制卡的开放式多轴联动控制系统，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。控制系统的整体架构以PC机为支撑单元，以运动控制卡为控制单元，以伺服电机为执行单元。采用DMCNET通讯控制的方式，实现多轴高速联动，以满足多工位、多任务、多目标的机械手动态调度需求。基于MicrosoftVisualStudio开发平台，层次化构建各系统功能模块，开发了软件系统。 1硬件控制系统设计硬件控制系统主要包含PC机、运动控制卡、伺服系统以及各类反馈传感器。该架构易于保证系统进行模块化和开放式设计，增强系统的扩展性。PC机是系统的上位机管理层，负责搭建系统数据库，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。用于内嵌PID控制算法实时处理运动数据信息，通过建立PC机与运动控制卡间的通讯，精确调整电机转速，完成机械手终端的路径规划。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。运动控制卡通过PCI插槽内嵌在PC机中，系统采用PCI总线型运动控制卡－PCI－DMC－B01。PCI总线传输效率高，支持即插即用，数据吞吐量大。运动控制卡实现运动模式切换、参数调节、路径监测等细节操作。多伺服电机的协同控制基于运动控制卡的微处理器(DSP)，其共享多伺服电机的参数数据。程序设计过程中通过调用运动控制卡的动态函数库，整合处理关联参数，生成高速脉冲指令，实现多电机同步驱动。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，该架构大大提升了系统的整合能力。伺服电机控制方式采用的是位置(PＲ)控制，脉冲输出模式采用CW/CCW方式。伺服驱动器通过读取数据缓冲区的通讯指令，实现对工作电机运转参数的实时调节。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，校正电机的运动控制参数，构成全闭环控制系统，实现多轴联动的精准定位。此外控制系统还包括限位、故障、报警以及原点信号等电路。 2软件控制系统设计 2．1控制系统功能要求针对终端机械手的具体功能，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，完成三维空间任意轨迹的插补运动，重点介绍x、y、z轴的协调控制。2)控制系统能够实现任意工况下的回原点操作。3)控制系统能够快速响应多工位、多任务、多目标的动态请求，以最优路径完成动态调度。4)控制系统能够实现现场监控与手动调控功能。

基于LabVIEW的3-UPS-1-PS并联机构控制系统设计

基于LabVIEW的3-UPS-1-PS并联机构控制系统设计谢立臣;王海博;颜亮【摘要】根据3-UPS-1-PS并联机构模型、硬件组成及其控制原理建立反解方程,并确定并联机构速度传递矩阵；针对3-UPS-1-PS并联机构特点,以LabVIEW 2010作为开发平台,采用“PC+运动控制卡”的设计方案,开发了基于LabVIEW的多轴运动控制系统,通过PCI-7354运动控制卡和UMI-7774数据采集卡实现对机构的驱动控制.仿真实验表明该系统能够准确地实现单轴和多轴联动控制,操作方便,界面友好.%The anti solving equations were established according to the a 3 - UPS - 1 - PS parallel mechanism model, hardware composition and control principle and the speed transfer matrix of the parallel mechanism was confirmed; Aimed at characteristics of 3 - UPS - 1 - PS parallel institutions, multi - axis motion control system based on LabVIEW was developed by according to the " PC + motion control card" design. The design was expected to drive control of the organization through the PCI - 7354 motion control card and UMI - 7774 data acquisition card . Simulation results show that the system is capable of accurate single - axis and multi - axis control. The system software is easy to operate and friendly interface. 【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(029)004 【总页数】5页(P101-104,113)

基于PMAC与LabVIEW的多轴运动控制系统的开发

基于PMAC与LabVIEW的多轴运动控制系统的开发韦宏利;史媛;温军会【摘要】According to the need of real-time and fast positioning of the mechanical moving parts, a method used to fast develop motion control systems to achieve high control accuracy was designed. The system uses the structure of PC and PMAC. System hardware consists of PC, PMAC multi-axis motion control cards, motors and other components. System software uses LabVIEW2009 environment as development platform to develop multi-axis motion control system. Proposed Active X automation technology to achieve the communication with host computer and lower machine. The result shows that the developed system not only has a friendly interactive, but also has great capability and the specialty of short exploitation time and easy using. It is very convenient to expand more functions.%针对目前机械运动部件实时快速定位的需要,研究了一种快速开发运动控制系统并达到高控制精度的方法.采用了PC+PMAC的结构,硬件主要由PC机、PMAC运动控制卡、电机等组成,系统软件使用LabVIEW2009环境为开发平台,对多轴运动控制系统进行开发,提出了通过Active X自动化技术实现上位机和下位机的通信.结果表明,所开发的系统不仅有友好的人机交互界面,而且具有开发周期短,易于操作,实现功能的扩充方便等特点. 【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2012(032)002 【总页数】7页(P112-118)

基于VC的运动控制卡软件系统设计

基于VC++旳运动控制卡软件系统设计在自动控制领域，基于PC和运动控制卡旳伺服系统正演绎着一场工业自动化旳革命。目前，常用旳多轴控制系统重要分为3大块：基于PLC旳多轴定位控制系统，基于PC_based旳多轴控制系统和基于总线旳多轴控制系统。由于PC 机在多种工业现场旳广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段旳并行发展，多种工业设备旳研制和改造中急需一种运动控制模块旳硬件平台，以及为了满足新型数控系统旳原则化、柔性化、开放性等规定，使得基于PC和运动控制卡旳伺服系统备受青睐。本文重要是运用VC++6.0提供旳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旳运动控制系统旳软件开发。平面2-DOF四分之过驱动并联机构旳控制系统构成并联机构旳本体如图1，该机构由4个分支链构成，每条支链旳一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。该并联机构旳操作末端有2个自由度（即X 方向和Y方向旳平动），驱动输入数目为4，从而构成过驱动并联机构。

控制系统旳硬件重要有4部分构成：PC机，四轴运动控制卡，伺服驱动器和直流电动机。系统选用旳是一般PC机，固高企业旳GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon企业旳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。运动控制系统旳构成如图2所示。上位控制单元由PC机和运动控制卡一起构成，板卡插在PC机主板上旳PCI插槽内。PC机重要负责信息流和数据流旳管理，以及从运动控制卡读取位置数据，并通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旳模拟电压，通过内部旳PWM电路控制直流电动机RE-35旳运转，并接受直流电动机RE-35上旳编码器反馈信号调整对电动机旳控制，如此构成一种半闭环旳直流伺服控制系统。

基于ZYNQSoC的多轴运动控制系统

OpenHW12项目申请基于ZYNQ SoC的多轴运动控制系统安富利特别题目基于Zynq平台的伺服控制或运动控制系统项目成员：顾强牛盼情孙佳将马浩华中科技大学二〇一二年十一月

目录 1项目概述 (1) 1.1工业应用 (1) 1.2系统方案 (3) 2工作原理介绍 (6) 3项目系统框架图 (8) 3.1ZYNQ硬件系统框架图 (8) 3.2软件系统框架图 (9) 3.3多轴控制器实现 (10) 4项目设计预计效果 (11) 5附录一：项目技术基础 (13) 5.1软硬件协同设计架构 (13) 5.2软件设计 (14) 5.3总结 (16) 6附录二：ZYNQ基础 (16)

1项目概述 1.1 工业应用运动控制系统广泛应用于工业自动化领域，包括机器人手臂、装配生产线、起重设备、数控加工机床等等。并且随着高性能永磁材料的发展、电力电子技术的发展以及大规模集成电路和计算机技术的发展使得永磁同步电机（PMSM，Permanent Magnet Synchronous Motor）控制系统的设计开发难度降低、成本降低，同时PMSM在运动控制系统中作为执行器件的应用也越来越广泛。大量运动控制器的设计与实现都是基于通用嵌入式处理器。在此基础上，很多学者和研究人员对运动控制系统进行了大量的研究。多轴控制的发展是为了满足工业机器人、工业传动等应用需求。其主要包括两大方面，多轴串联控制和多轴同步控制。当系统负载较大、传动精度要求很高、运行环境比较复杂的情况下，经常使用多轴串联的方式来解决，如图1.1所示。（1）双电机齿条传动（2）NASA 70-m天线设备图1.1 多轴串联控制系统应用