基于运动控制卡的转台控制系统设计
简易转台控制系统设计
简易转台控制系统设计
一、任务
转台是一种可以精密测量角度的设备。
设计制作一个简易的转台，目标是控制指针的转动，实现以下几种功能，包含令指针以一定的角速度转动、以一定的频率和幅值做正弦振荡、快速转到指定的角度等。
二、要求
图1 简易转台系统示意图
1、基本要求
(1)如图1所示，系统采用电机驱动，电机类型任选；
(2)带刻度的圆盘直径不小于10cm，角度最小刻度10度即可；
(3)实现指针以每秒5度的速度匀速旋转；
(4)实现指针正负5度，频率1Hz的正弦振荡；
(5)实现指针正负10度，频率0.2Hz的正弦振荡。
2、发挥部分
(1)设置角度测量装置，测角精度至少0.5度；
(2)PID控制是最常用的闭环控制手段，其中P代表比例环节，它能调节整
个系统的增益，如果比例环节数值较大，系统跟踪常值指令时会出现
超调现象。
指针初始位置设置在0度，要求采用PID控制方法，使指
针角度快速变化到30度；
(3)将比例环节参数调大，令系统在完成(2)的过程中出现超调。
三、说明
（1）尽量使用STC公司的最新系列单片机产品。
（2）减速齿轮和传动机构可以省掉不设计，即电机轴可直接带动指针运动；（3）发挥部分(1)的角度显示可用上位机，也可用液晶屏。
四、评分标准。
基于运动控制卡的两轴转台控制系统设计
0引言数控机床控制系统体系架构庞大，较难整体掌握，若构建一个相对简易的平台来模拟数控系统的部分结构和功能，则可针对性地进行相关测试，减少工作量；在导航制导领域，航模惯性测试，飞行姿态角、飞行加速度等参数的测量，常常需要花费大量的时间和精力，所得结果还会受到众多外界因素的干扰，不易得到单一非耦合的数据，若能通过建立仿真平台直接测量，则可以减少不必要的实际试飞测算，既安全又可靠。
国外在数控及直升机等研究领域常常处于领先地位，究其原因，主要在于有高速高精度的仿真机及有先进完备的环境模拟设备，而国内在这方面的空缺亟需填补。
本文利用PC 机，配合mesa运动控制卡，通过伺服装置实现对两轴转台的精确控制，从而构建了一个硬件回路仿真测试平台。
该平台的实现将非常有利于相关项目研究的加速。
1硬件系统架构及其特点两轴转台系统基本硬件组成为：PC机+mesa运动控制卡+接口电路+伺服控制器+电机+转台机械结构，该转台的实物图及控制系统总体架构如图1所示。
两轴转台控制系统选择mesa运动控制卡作为底层主要控制硬件。
该运动控制卡具有如下特征：(1)采用PCI总线接口。
PCI总线具有32位总线宽度，工作频率可达33MHz，最大传输速度为132Mbyte/s，远大于ISA 总线最大33Mbyte/s的速率，可实现高速数据传输，为精确控制提供了前提保证。
(2)主控芯片是xilinx公司的Spartan-3系列FPGA——XC3S200，该芯片资源丰富，共192个CLB，4320个逻辑单元，足够满足设计的需要。
辅助FPGA工作的PCI接口芯片为PCI9054，该款芯片采用了先进的PLX数据流水线结构技术，符合PCI本地总线规范2.2版，本地总线支持复用/非复用的32位地址/数据，有M、C、J共3种模式；传输方式支持主模式、从模式、DMA方式3种；工作时钟频率可达到50MHz，并且支持数据预取功能。
(3)FPGA芯片的配置文件可以通过xilinx专用下载线下载，也可以经由PCI总线及其接口芯片，通过PC机上层软件收稿日期：2010-03-26；修订日期：2010-05-28。
基于运动控制卡的多轴机床控制系统_涂芬芬
第44卷增刊2012年4月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Journal of Nanjing U niversity of Aeronautics &Astronautics V ol.44N o.S A pr.2012基于运动控制卡的多轴机床控制系统涂芬芬1 张 霖1 张志英2 赵义顺2(1.南京航空航天大学机电学院,南京,210016; 2.南京数控机床有限公司技术研发部,南京,211100)摘要:以自行研制的多轴数控机床为实验平台,开发了基于PC 机和运动控制卡的主-从式控制系统。
系统开发过程中,引进有限状态机模型构建数控软件系统,采用面向对象的设计手法实现各个模块,在Visual C++平台上完成控制系统设计。
最后以简便的人机交互界面形式提供用户操作。
关键词:运动控制卡;有限状态机;面向对象;数控系统中图分类号:T H122;T H161 文献标识码:A 文章编号:1005-2615(2012)S-0146-05 基金项目:国家科技支撑计划(2009BA I-81B02)资助项目;江苏省科技攻关计划(BE2005014)资助项目;2011年高档数控机床与基础制造装备科技计划(2010ZX 04001-071)资助项目。
收稿日期:2011-10-10;修订日期:2011-12-06 通讯作者:张霖,男,副教授,E -mail :zhanglin 05@nuaa .edu .cn 。
Control System of Multi -Axes Machine ToolsBased on Motion Controller CardT u Fenf en 1,Zhang L in 1,Zhang Zhiy ing 2,Zhao Yishun2(1.College o f M echa nical and Electr ical Eng ineering ,N anjing U niv ersit y o fA ero nautics &A st ro nautics,N anjing ,210016,China;2.T echno log y Resear ch and Development Depar tment ,N anjing N C M achine T o ol Co .L td .,N anjing ,211100,China )Abstract :T aking the m ulti-ax es num er ical contro l (NC)machine tool as the experim ental platform ,the development of NC system based on PC and motion co ntroller card is pro posed .In the sy stem ,the finite state machine is used as the mathem atical m odel and the object-oriented metho d is used to model.The so ft part of the system uses Visual C++.Finally ,the system is presented by the m an-m achine inter -face to users.Key words :mo tio n controller card ;finite state m achine ;o bject -oriented ;num er ical contr ol system 在民用和国防领域,人们对于微小零件的加工需求不断增加,对于微小零件的设计和加工方法的研究也不断深入。
基于 VxWorks 的三轴转台控制系统设计与实现
士 Ｏ － ３ ６
± ３ ． ６ ≤土 Ｏ ． ３ ６
２
重复精度 （ ”）
± ３ ． ６
± ３ ． ６
± ３ ． ６
３ 频响 （ Ｈｚ ） （ Ｐ － Ｐ １ 。 双十指标 ）
８
１ ２
６
１ ０
５
１ ０
角
速
４ 塞
１ ￣ ／ ｓ ～ １ Ｏ ￣ ／ ｓ
器， ２ ０ ０ ２（ ０ ４ ） ， Ｐ Ｐ ． ９ － １ １ Ｃ Ｎ Ｋ Ｉ
要求 以及测试结 果。三轴 转台经过系统调试， 转 台主要 是通 过点 击上 位机 管理 界面操 作 ，
上位 机通 过 以太网网络通讯给下位机发送指令
编 码 ， 下 位 机 接 收 到 编 码 后 先 译 码 ， 只 有 译
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ＆Ｓ ｏ ｔ ｆ ｗ ａ ｒ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ 电子技 术与 软件 工程 ・５ １
社 ， ２ ０ ０ ６ Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ ７ — ５ ６ ３ ５ — １ ３ ３ １ — ０ ．
４ 三 轴 转 台 系 统 的 测 试 结 果
表 １列出了三轴转 台控制 系统的技术指标
［ ２ ］刘 钦 彦 ，李 勇 ， 周 兆英 ， 郑 云 飞 ．小
型 三 轴摇 摆 ［ Ｊ 】 ．仪 表 技 术 与 传 感
全 和 保 护 被 测 产 品 ， 该 系 统 还 加 入 了安 全 保 护 参 考文献
１ ］徐 惠 民． 基 于 Ｖ ｘ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ的 嵌 入 式 系 统 功能。包括软件限位、限速 ，电机 的过流 、过 ［ 载、欠过压保护 ，飞车保护等 。 及 实验 ［ Ｍ ］ ．北 京 ：北 京 邮 电 大 学 出版
基于运动控制卡的控制系统的设计与实现 Design and implementation
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 systembased on motion control card柳叶青1，*邓振生1，陈真诚1，牟轩沁2LIU 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。
教案-基于DMC运动控制卡的运动控制系统设计及实现20110411
基于DMC运动控制卡的运动控制系统设计及实现试讲人:赵本利时间：2011-4-13 地点：佛职院机电系授课方式：讲授/实操重点：运动控制卡编程（实现）、系统控制方案的全面性（设计）难点：编程语言学习（实现）导入：（任务布置）1、运动控制应用领域：包括医疗（CAT扫描仪）、半导体（电路板特型铣）、纺织（地毯编织机）、物料搬运（包装机械）、食品加工（精密切肉机）、机床（超声焊接机）、产业机械（座标检验）、航天（空间摄像控制）、测试测量等等十分广泛。
2、系统控制方案要求：协调性、可靠性、稳定性、精密性。
正文：1、系统组成：主计算器、运动控制器、功率放大器、电机、传感器，即众所周知的闭环伺服系统。
一种典型的伺服系统如图1所示：图1、典型的伺服系统1.1、总体解说控制DC电机，用增量式编码器的数字位置系统伺服（亦适用于带有旋转变压器或绝对值编码器的AC或液压电机的系统）。
系统中各个元件的工作类似于人体，电机和功率放大器的结合VS于使人的四肢活动的肌肉。
功率放大器产生驱动电机所需要的电流，电机是产生运动的元件。
控制器是命令运动的智能元件，亦即系统的大脑。
它产生用于功率放大器的信号，称作运动命令。
位置传感器的功能类似于人的眼睛，它检测电机的位置并将结果告知控制器，即形成闭环。
闭环系统接收来自外部的命令，通常是主计算机，继续与人类社会相比较，命令源可以视作老板，产生命令，经常要求状态报告。
用其它方式如PLC，终端或开关组亦可产生命令。
1.2、部分解说：电机：更确切地讲，就是将电流转换成旋转扭矩。
DC电机的关键参数有扭矩常数Kt，电机电阻r，转动惯量Jm和最大扭矩。
扭矩常数单位为Nm/A或oz-in/A，它表示每个电流单位电机产生的扭矩量大小。
Eg:一台扭矩常数为0.1Nm/A的DC电机将2A电流转换成0.2Nm的扭矩。
电机特性是它所产生扭矩的大小，扭矩大小用两个参数来表达：连续扭矩和峰值扭矩。
功率放大器：一般是0～±10V输入端是模拟信号，利用线性放大器或脉宽调制（PWM）放大器方式来产生所需电压或电流，PWM放大器产生在高、低电平之间切换的电压，大多数功率在100W左右的放大器，均采用PWM方法以减少功率损耗。
一种基于运动控制卡的步进电机控制系统
一种基于运动控制卡的步进电机控制系统1 引言运动控制系统的上位控制方案一般有单片机系统、专业运动控制PLC、专用控制系统和PC＋运动控制卡。
采用单片机系统实现运动控制，成本较低，但开发难度较大，周期长。
这种方案一般适用于产品批量较大、控制系统功能简单、有单片机系统开发经验的用户。
许多品牌的PLC 都可选配定位控制模块，有些PLC 的CPU 单元本身就具有运动控制功能，如松下公司的FP0。
这种方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料器、自动焊机等。
专用控制系统一般是针对专用设备或专用行业，比如西门子公司的车床数控系统和铣床数控系统等。
PC＋运动控制卡的方案随着PC 的普及用得越来越多，将是运动控制系统的主要发展趋势。
这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、机械轨迹都比较复杂，而且柔性比较强的机器设备，比如目前很热门的开放式数控系统大多采用这种方案。
本文介绍的控制系统采用的就是PC＋运动控制卡方案，这是本文的主要内容。
2 系统组成及硬件介绍图1 示出本系统的硬件组成框图。
其中采用德国百格拉三相混合式步进电机(VRDM3910/LHA)及其配套驱动器(D921)。
控制卡是成都步进机电有限公司生产的MPC02 型运动控制卡。
2.1 驱动器面板及其功能设置图2 是D921 型驱动器的面板配置及功能。
功能选择：STEP1、STEP2 设置电机每转步数；所有输入信号均为光耦输入。
2.2 运动控制卡的结构MPC02 型运动控制卡的结构如图3 所示。
该卡插在PC 的PCI 扩展槽内使用；MPC02 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、原点和限位信号的检测等。
它采用先进的专用控制集成电路，具有梯形及S 形升降速度曲线。
使用68 芯。
基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计
基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计随着现代工业自动化程度的不断提高，越来越多的设备需要实现高速转动并保持精准定位。
传统的基于机械传动的控制方式已经难以满足这种需求，而基于数字信号处理（DSP）和运动控制芯片的转台伺服控制成为了当前较为流行的控制方式。
该控制系统主要由DSP和运动控制芯片、电机和传感器等组成。
其中，DSP作为中央控制单元，负责接收来自传感器的反馈信号，并根据预设的运动规划算法进行控制，控制芯片则通过控制电机实现高精度、高速的转动。
在该控制系统中，反馈信号的采集和处理十分重要，基于光学原理的光栅尺和脉冲码盘成为了常用的选择。
当光栅尺或脉冲码盘与电机轴线相连时，传感器会持续对电机转动的速度、位置和加速度进行监测，将数据发送到DSP进行分析处理。
而在控制算法方面，PID控制器是应用最广泛的控制算法之一。
在PID控制器中，通过对反馈信号与预设信号的比较，计算误差，反馈给系统，并计算控制信号来调整电机的位置和速度，从而使电机实现精准控制。
除了PID控制器，其他控制算法也可根据具体场景进行选择。
此外，在该控制系统中，电机的选择也非常重要。
常见的电机类型有步进电机和伺服电机，它们各有优缺点。
步进电机相对简单，成本低，但其控制精度以及速度上都相对较低；伺服电机性能相对较优，可实现高速、高精度的控制，但相应的成本也更高。
总之，在基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计中，精准的传感器、优秀的控制算法以及适合的电机，都是实现高效、精确定位控制的必要条件。
随着技术的不断进步，相信该控制方式将在工业自动化控制领域中得到广泛应用。
为了更好地进行数据分析，需要明确数据来源和采集方法。
在这里，我们假设数据来源为某公司运营数据，采集方式为鼠标点击和键盘输入记录。
首先，我们可以列出以下相关数据：1. 月度销售额：包括每个月的销售额、同比增长率以及环比增长率等指标。
2. 产品类别销售额比例：分析不同产品类别的销售额比例，以及各类别的销售额排名。
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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）06-0220-02
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 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。
传统的数字运动控制装置主要采用单片机配合外围电路、PLC等实现，运动功能单一，灵活性很差，适用于简单的运动控制，不便于系统集成，已经难以满足现代控制系统的控制需求[1-3]。
而基于数字信号处理器的运动控制卡，具有运行速度快，可以实现复杂算法，可以满足对于响应速度和精度要求很高的运动控制系统中，因此得到广泛应用。
基于DSP的运动控制卡一般采用32位PCI总线设计，与工业计算机即可组成一个完整的控制系统，实现信号的采集，闭环控制，IO控制等功能。
本文采用基于PCI总线的4轴运动控制卡实现转台伺服控制系统的设计。
利用VS2008开发语言设计了系统控制软件，通过调用运动控制卡提供动态链接库中的运控函数实现所需的运动控制功能。
1 转台硬件系统设计
1.1 转台控制系统硬件组成
转台控制系统硬件组成如图1所示。
主要由：工控机、运动控制卡、接口板、伺服驱动器、伺服电机、转台组成。
工控机为研华IPC-610L，运动控制卡为凌华公司的PCI-8134A四轴运动控制卡，接口板为DIY-68Y-SGII0，伺服驱动器为安川SGDV-2R8A01B002000，伺服电机为安川SGMJV-04A3E6S。
运动控制卡与工控机组成上位控制单元，工控机负责信息和数据交互管理。
运动控制卡通过接口板与各路伺服驱动器相连，伺服驱动器采用位置控制模式，接收到脉冲控制信号驱动电机运转。
同时，将电机同轴连接编码器的反馈信号回传给运动控制卡，最终实现转台的闭环控制。
1.2 运动控制卡
PCI-8134A是一款基于PCI总线的4轴运动控制卡，具有响应快、低功耗、通用性强等优点。
用于实现转台系统的速度、位置的实时闭环控制[4]。
具体使用的控制引脚如表一所示。
所有引脚为光耦隔离。
工控机通过专用通信接口给运动控制卡发送位置控制指令，主要包括位置脉冲信号和方向信号，运动控制卡按照指令要求，控制伺服驱动器驱动伺服电机按照规定的速度以及加减速度运行。
同时接收原点信号、正/负限位等电平信号，以及伺服驱动器返回的编码器脉冲信号，以获得位置反馈信息，实现位置闭环控制。
1.3 伺服驱动器参数整定
为了节约空间和成本，在满足系统功能需求的前提下，转台与伺服电机输出轴直连。
伺服驱动器内部采用位置、速度双闭环控制。
原理框图如图2所示。
由于系统的转动惯量较大，经测定转动惯量比为800%，为了保证转盘平稳的启停以及低速匀速稳定的运行，速度环增益与位置环增益取较小的值，速度积分时间常数也选择较小值。
2 控制系统软件设计
2.1 控制系统主要功能
1）按固定角度正反向运行；
2）用于周期测试的正反圆周运动；
3）转台回原点初始化；
4）系统急停；
5）实时反馈当前角度值及各个IO口状态信息。
2.2 PCI-8134A函数功能库
PCI-8014A运动控制卡提供了Windows动态链接库，支持VC++/VB/Delfhi等编程语言。
封装了丰富的运动控制相关函数，已满足各种设计需求。
用户只需调用相应的运动控制函数就可以实现单轴独立、2轴线性插补、多轴独立等运动，以及其它一些系统设计所需要的操作函数。
主要用到的函数如表2所示。
2.3 转台软件程序设计
本文采用VS2008开发环境，基于MFC面向对象程序设计编写控制程序。
通过调用动态链接库中的函数实现所需运动控制功能。
具体操作步骤如下：通过软件初始化打开运动控制卡，配置运动参数，如加减速度、IO口高低电平有效方式以及回零方式等参数；通过原点搜索找到转台机械原点；执行转台控制程序完成运动功能；通过软件界面实时反馈显示当前系统工作状态，包阔位置信息及IO状态等；根据需求最多可以实现四轴并行工作；最终运动结束关闭运动控制卡。
软件的运动控制流程图如图3所示。
2.4 转台软件人机交互界面
软件主要实现3个转台的定值旋转控制以及按系统测试需求运转。
在VS2008下创建基于对话框的MFC应用程序。
程序编译运行后的主界面如图4所示。
3个转台独立控制。
通过
_8134_set_servo（）函数给指定伺服电机上、下电。
利用函数_8134_start_tr_move（）可以控制电机按照设定好的加减速度以及方向旋转固定角度。
“Home”键调用_8134_home_move（）实现转台返回机械原点。
待系统返回原点后，使能“Messure”键，让转台按照规划好的轨迹运行。
点击“Stop”按键可以立即停止转台运动。
设计定时器每100ms调用_8134_get_position （）、_8134_get_io_status（）、_8134_motion_done（）函数，返回伺服的位置、IO状态、是否到位等信息，将其显示在主界面上。
“BIAS”按钮可以实现当前位置置零操作，已方便观察相对位移变化。
3 总结
本文采用运动控制卡+工控机模式，搭建了转台控制系统，通过实验调整伺服驱动器参数以保证转台平稳运行。
在Windows平台上利用VC++编程语言开发了转台控制系统软件，实现3转台独立控制，达到了良好的控制效果满足了系统设计的需求。
参考文献：
[1] 付小卫，唐厚君.基于PCI型运动控制卡的Windows数控系统设计[J].工业控制计算机，2005，18（8）：69-70.
[2] 郑晓峰，方凯，黄迎华. 一种基于DSP和FPGA的多轴运动控制卡的设计[J]. 自动化与仪器仪表，2006（4）：18-20.
[3] 周惠芳，王迎旭. 基于PLC的步进电机定位控制系统设计[J].机电一体化，2013（4）：73-77.
[4] 凌华科技. PCI-8014/PCI-8014A四轴伺服/步进电机运动控制卡用户手册[Z].2012.。