運動控製技術的發展是製造自動化前進的旋律,是推動新的產(chan) 業(ye) 革命的關(guan) 鍵技術。運動控製器已經從(cong) 以單片機或微處理器為(wei) 核心的運動控製器和以專(zhuan) 業(ye) 芯片(ASIC)作為(wei) 核心處理器的運動控製器，發展到了基於(yu) PC總線的以DSP和FPGA作為(wei) 核心處理器的開放式運動控製器。

    當今，隨著計算機技術的高速發展，運動控製技術正在發生根本性的變革，由專(zhuan) 用型封閉式開環控製模式向通用型開放式實時動態全閉環控製模式發展。開放式體(ti) 係結構使運動控製係統有更好的通用性、柔性、適用性、擴展性。

    一、開放式運動控製係統

    按照IEEE定義(yi) ，一個(ge) 開放式運動控製係統應提供這樣的能力來自不同賣主的種種平台上運行的應用都能夠在係統上完全實現，並能和其他係統應用互操作，且具有一致性的用戶界麵。

    開放式運動控製係統的研究始於(yu) 1987年，是由美國發起的。目前，通用運動控製器從(cong) 結構上主要分為(wei) 如下三大類：

    1. 基於(yu) 計算機標準總線的運動控製器

    這種運動控製器大都采用DSP或微機芯片作為(wei) CPU，可完成運動規劃、高速實時插補、伺服濾波控製和伺服驅動，外部IO之間的標準化通用接口功能，它開放的函數庫可提供用戶根據不同的需要，在DOS或Windows等平台下開發應用軟件，組成各種控製係統。目前這種運動控製器得到了廣泛的應用。

    2. Soft型開放式運動控製器

    它提供給用戶最大的靈活性，它的運動控製軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅(jin) 僅(jin) 是計算機與(yu) 伺服驅動和外部IO之間的標準化通用接口。用戶可以在WINDOWS平台和其他操作係統的支持下，利用開放的運動控製內(nei) 核，開發所需要的控製功能，構成各種類型的高性能運動控製係統，從(cong) 而提供給用戶更多的選擇和靈活性。Soft型開放式運動控製的特點是開發，製造成本相對較低，能給予開發人員更加個(ge) 性化的開發平台。

    3. 嵌入式結構的運動控製器

    這種運動控製器是把計算機嵌入到計算機控製器中的一種產(chan) 品，它能夠獨立運行。運動控製器與(yu) 計算機之間的通訊依靠計算機總線，實質上是基於(yu) 總線結構的運動控製器的一種變種。對於(yu) 標準總線的計算機模塊，這種類型的控製器采用了更加可靠的總線連接方式(采用針式連接器)，更加適合工業(ye) 應用。在使用中，采用如工業(ye) 以太網、RS485、SERCOS、PROFIBUS等現場網絡通訊接口連接上級計算機或控製麵板。嵌入式的運動控製器也可配置軟盤和硬盤驅動器，甚至可以通過Internet進行遠程診斷。

    二、PC+運動控製卡的控製方案

    采用PC＋運動控製卡作為(wei) 上位控製可充分利用計算機資源，用於(yu) 運動過程、運動軌跡都比較複雜，且柔性比較強的機器和設備。從(cong) 用戶使用的角度來看，基於(yu) PC機的運動控製卡主要是硬件接口(輸入輸出信號的種類、性能)和軟件接口(運動控製函數庫的功能函數)的差異。

    運動控製卡是基於(yu) PC機各種總線的步進電機或數字式伺服電機的上位控製單元，總線形式也是多種多樣。由於(yu) 計算機主板的更新換代，ISA插槽都越來越少了，PCI總線的運動控製卡應該是目前的主流。卡上專(zhuan) 用CPU與(yu) PC機CPU構成主從(cong) 式雙CPU控製模式。PC機CPU可以專(zhuan) 注於(yu) 人機界麵、實時監控和發送指令等係統管理工作;卡上專(zhuan) 用CPU來處理所有運動控製的細節升降速計算、行程控製、多軸插補等，無需占用PC機資源。同時隨卡還提供功能強大的運動控製軟件庫Ｃ語言運動庫、Windows DLL動態鏈接庫等，讓用戶更快、更有效地解決(jue) 複雜的運動控製問題。

    運動控製卡采用了開放式結構，使用簡便，功能豐(feng) 富，可靠性高。若采用PC機的PCI總線方式，卡上無需進行任何跳線設置，所有資源自動配置，並且所有的輸入、輸出信號均用光電隔離，提高了控製卡的可靠性和抗幹擾能力;在軟件方麵提供了豐(feng) 富的運動控製函數庫，以滿足不同的應用要求。用戶隻需根據控製係統的要求編製人機界麵，並調用控製卡運動函數庫中的指令函數，就可以開發出既滿足要求又成本低廉的多軸運動控製係統。

    運動函數庫為(wei) 單軸及多軸的步進或伺服控製提供了許多運動函數，如單軸運動、多軸獨立運動、多軸插補運動等等。另外，為(wei) 了配合運動控製係統的開發，還提供了一些輔助函數，如中斷處理、編碼器反饋、間隙補償(chang) ，運動中變速等。

    正是由於(yu) 運動控製卡的開放式結構，強大而豐(feng) 富的軟件功能，對於(yu) 使用者來說進行二次開發的設計周期縮短了，開發手段增多了，針對不同的數控設備，其柔性化、模塊化、高性能的優(you) 勢得以被充分利用。

    三、開放式多軸運動控製係統硬件結構

    整個(ge) 係統以基於(yu) “PC機＋運動控製卡”為(wei) 核心，采用ADT850運動控製卡加鬆下數字交流伺服驅動器構成一個(ge) 開放式硬件結構。同時配備內(nei) 容豐(feng) 富、功能強大的運動函數庫，采用VC++麵向對象的編程技術，實現PC機、運動控製卡和伺服驅動器之間的通訊，其結構如圖1所示。

圖1 二軸運動係統結構框圖

    PC機負責人機交互界麵的管理和控製係統的實時監控等方麵的工作，例如鍵盤和鼠標的管理、係統狀態的顯示、控製指令的發送、外部信號I0的監控等等。其中，脈衝(chong) 信號控製電機所走的步數，方向信號控製電機正反轉，以實現二軸的位置控製。X軸和Y軸原點、限位檢測是通過一組機械開關(guan) 來實現，原點檢測開關(guan) 用來生成用戶二維運動係統坐標係原點，限位檢測開關(guan) 確保每軸工作行程極限。這些狀態信號經邏輯電平整形電路、光電隔離電路後送入運動控製卡狀態寄存器中，由CPU隨時讀出，達到對IO狀態信號的檢測。在硬件上，由於(yu) 采用了光電隔離措施，這樣，既隔離了外設對內(nei) 部數字係統的幹擾，又能有效地防止過電壓、過電流等外界突發事件對計算機係統的損壞，大大提高了係統的控製精度和可靠性。

    本係統充分發揮了PC機軟件資源豐(feng) 富和計算速度快的優(you) 點，吸收CADCAM的特點，在利用造型軟件生成零件圖後，再利用數控係統轉化為(wei) 加工G代碼，將指令G代碼與(yu) 機床實際位置進行分析比較產(chan) 生瞬時速度，然後由板卡將其解釋為(wei) 運動軌跡控製函數，最後通過調用運動函數庫內(nei) 的插補程序段，輸出脈衝(chong) 和方向信號，控製半閉環位置伺服係統帶動工作台運轉，實現所希望的空間軌跡路徑動態特性和穩態精度。

    四、基於(yu) Visual C++多軸運動控製係統的軟件開發

    Visual C++是一個(ge) 在Windows環境下的程序開發工具，它是可視化的、麵向對象的，采用事件驅動的。它屏蔽了Windows環境下程序設計的複雜性，使Windows應用程序設計變得簡單、方便、快捷。利用ADT850運動控製卡的動態鏈接庫DLL可以很快開發出Windows平台下的運動控製係統。ADT850運動控製卡動態鏈接庫是標準的Windows 32位動態鏈接庫，選用的開發工具應支持Windows標準的32位DLL調用。#p#分頁標題#e#

    基於(yu) PC+運動控製卡多軸運動控製係統的軟件開發需由ADT850運動控製卡配套光盤提供開發庫中的三個(ge) 文件，一個(ge) 是靜態庫ADT850.LIB，一個(ge) 是頭文件ADT850.H，一個(ge) 是WindowsNT2000使用的文件winio.sys，動態庫中的函數已在頭文件ADT850.H中有聲明，用戶可以直接調用其中的函數。ADT850函數庫中提供常用的單軸運動，多軸獨立運動控製，多軸插補運動控製，中斷、等功能。

    每塊ADT850卡最多可以控製四軸的運動，當需要控製多個(ge) 軸時，可以在PC機上插入幾塊卡，而在編程時，把它們(men) 當成一個(ge) 整體(ti) 對待，各卡之間的軸與(yu) 同一塊卡上的軸也同樣能夠進行聯動或插補，這樣就能實現多於(yu) 四軸的運動控製。一台計算機上可同時使用的ADT850卡的數目取決(jue) 於(yu) PCI擴展槽的數目。

    五、結語

    以基於(yu) “PC機＋運動控製卡”為(wei) 核心的開放式多軸運動控製係統的已經成功的應用到了南京工業(ye) 大學研發的二維交流伺服係統的高精度X-Y坐標繪圖儀(yi) 上，取得了很好的控製性能。利用Visual C++在Windows平台上，對ADT850運動函數庫二次開發，可以很快的開發出用戶界麵和自己的控製係統，大大節省了開發周期和開發費用。