摘 要：小激光器實驗係統有多台混合式步進電機和反應式步進電機需要控製，無論是靶丸的空間位置調節，還是光路中波片的調節都離不開步進電機的精確控製。通過 PCL839運動控製卡以及自行研製的電機控製切換器和控製軟件，不僅(jin) 能實現步進電機的精確運動控製，還能滿足靶場的特殊控製要求，實現實時在線控製。

關(guan) 鍵詞：小激光器;步進電機;運動控製

Abstract：Small laser experiment system is made of many stepping motors.Wheher adjusting space position of target bolus,or glass patch in the ray road,is impossible without accurate controling stepping motor.By PCL839 control and motor control switch developed ourself, accurate and real-time control of stepping motor can be implemented.

Keywords: small laser; stepping motor; athletics control

1 引言

　　小激光器實驗係統需要控製的設備有：一台同步係統、兩(liang) 台300J電源、4台20KJ電源、1個(ge) 二極管電源、一套液晶光閥及三路步進電機控製;在靶場中有4路CCD圖象采集、19路步進電機控製、真空度顯示等。根據用戶需求，小激光器計算機控製係統分為(wei) 器件控製係統和靶場控製係統。光路準直、光斑圖象移動、鏡片轉動等操作都離不開步進電機的轉動，而如何對步進電機實現高精確的定位控製，是靶場控製係統的難點。采用工控機、PCL839運動控製卡與(yu) 控製切換器等相結合組成的控製係統，不僅(jin) 能滿足靶場對電機轉動的高精度要求，還能實現實時在線控製。

2 控製係統結構及功能

　　靶場控製係統實現對真空靶室真空抽取、靶丸的移動的控製，並實現光路的調整。靶室內(nei) 有4台混合式電機，完成靶丸的移動操作。光路上有15台反應式電機，實現激光光束的傳(chuan) 輸。

圖1 靶場控製係統結構圖

　　靶場控製計算機通過PCL839運動控製卡將控製信號分解，傳(chuan) 輸給電機控製切換器（自行研製），電機控製切換器細分控製信號（地址信號和脈衝(chong) 數），然後將電平信號以及相應的脈衝(chong) 數送到目的電機，以驅動電機。

3 PCL839卡

　　PCL839卡是研華公司提供的步進電機控製卡，能提供精確的控製脈衝(chong) ，滿足對步進電機的高精度和實時控製。

　　該卡主要有以下性能特點：

　　能同時獨立對三軸步進電機進行控製，提供控製每軸的步進脈衝(chong) 和轉向信號;

　　電機控製信號輸出與(yu) 開關(guan) 信號輸入全部采用光電隔離;

　　提供16路輸入輸出TTL通道;全部功能與(yu) 運動控製可由軟件實現;

　　中斷輸入可由跳接插頭選擇。

4 步進電機驅動設計

　　4.1物理結構

　　電機驅動器硬件信號邏輯如下：

　　最多30個(ge) 電機複用驅動通道1，包括：PULSE, DIR, EL+, EL-, ORG, FREE。

　　4.2 驅動控製軟件設計

　　電機對象類之間的關(guan) 係如圖2。MotionController:對PCL839卡封裝;StepMotor:同MotionController是多對一的Client/Service關(guan) 係。MotionController

　　提供服務隊列，緩存StepMotor提交的命令申請;命令完成或報警發生時，MotionController調用StepMotor提供的報警方法。通過這種方式，StepMotor可以實現異步的服務請求。PCL839Service:StepMotor提交的命令申請被封裝為(wei) PCL839Service。

圖2 電機對象類調用關(guan) 係

　　以下是3個(ge) 重要類對象的設計：

　　（1）PCL839Service。

　　PCL839Service表示一個(ge) 電機請求命令。StepMotor產(chan) 生該對象實例，在MotionController中保存，當任務完成後，StepMotor負責清除。

　　在MotionController中，使用STL deque保存PCL839Service。

　　（2）MotionController。

　　MotionController有以下運行參數：

　　提供以下報警：

　　l Enabled返回false;表示設備可能故障;

　　l bool返回值false; 表示設備可能故障;

　　l Busy返回true; 表示電機在運行。

　　MotionController沒有控製參數。MotionController沒有實驗數據。

　　MoveAsStep（）的處理流程：

　　1. StepMotor發出MoveAsStep請求，

　　2. PCL839將請求排入隊列;

　　3. PCL839開始處理該請求，首先調用StepMotor.SetReady（）;

　　4. StepMotor.SetReady先設置運轉參數，令電機Online, 再令電機開始運轉;

　　5. PCL839發現電機停轉後，令電機Offline, 再調用StepMotor.StepOver（）;

　　6. PCL839從(cong) 請求隊列中刪除該請求。

　　Hold（）的處理流程：

　　1. StepMotor發出Hold請求，

　　2. PCL839將請求排入隊列;

　　3. PCL839開始處理該請求，首先調用StepMotor.SetReady（）;

　　4. StepMotor.SetReady先設置運轉參數，令電機Online;

　　5. StepMotor發出Release（）後，PCL839令電機Offline;

　　6. PCL839從(cong) 請求隊列中刪除該請求。

　　（3）class StepMotor

　　異步命令將產(chan) 生PCL839Service, 交由PCL839排隊處理。如果完成PCL839將調用StepMotor的事件處理函數。

5 係統軟件設計

　　軟件操作的簡易可靠、界麵的美觀是軟件設計的基本原則。步進電機控製係統分為(wei) 電機參數設置、電機選擇、移動步數設置、前進/後退/停止四個(ge) 步驟，為(wei) 實現控製操作的直觀便捷，將整個(ge) 靶場電機排布圖提供給用戶，用戶操作時直接點擊需控製的電機，使得用戶操作更加直觀便捷，圖3為(wei) 控製操作界麵。

圖3 步進電機控製係統軟件

　　步進電機在剛開始轉動時，轉動速度較慢，經過幾個(ge) 時間脈衝(chong) 才能達到正常速度，因此要控製電機的轉動速度，必須設置兩(liang) 個(ge) 速度值：最低FL和最高FH。

　　工程運用中，無論是靶丸的空間位置調節，還是光路的調節，都應該將步進電機當前轉動步數（剩餘(yu) 步數）實時地反饋給用戶，便於(yu) 用戶隨時都可以根據靶丸和光路的情況對電機進行調節操作（前進/後退/停止）。研華PCL839步進電機驅動應用程序提供電機剩餘(yu) 脈衝(chong) 數（步數）的查詢接口，但經過測試發現反饋數值誤差較大，通過多次實驗，最終將類MotionController的狀態反饋函數做了如下修改，主要代碼：

　　unsigned int r0;

　　int status = Out_byte（0, 0x80）;

　　r0 = In_byte（1） & 0xFF;

　　r0 = （In_byte（2） & 0xFF） ＊ 256 + r0;

　　r0 = （In_byte（3） & 0x3） ＊ 65536 + r0;

6 結論

　　小激光器實驗係統有多台不同種類的步進電機需要控製。由工控機、PCL839運動控製卡以及自行研製的控製切換器相結合組成了硬件控製係統，針對小激光器實驗係統的具體(ti) 要求，研製了特殊功能的控製軟件，不僅(jin) 能實現各種高精度定位、限位、自動軌跡等運動控製，還能滿足靶場對步進電機的特殊控製要求，實現實時在線控製。#p#分頁標題#e#

參考文獻（References）：

　　 [1] Taksshi Kenjo and Akira Sugawara, “Stepping Motors and Their Microprocessor Controls”, Second Edition, Oxford University Press, 1994

　　 [2] F. Betin, M. Deloizy, and C. Goeldel, “Closed loop control of stepping motor drive: Comparison between PID control, self tuning regulation and fuzzy logic control,” Eur. Power Electron. J., vol. 8, no. 1–2, pp.33–39, June 1999.

　　[3]胡金明,侯石柱等.電磁調速電機控製係統的優(you) 化及維護應用.微計算機信息,2002（6）:41～43.

　　[4]劉少克,袁海洲,陸勝旺.步進電動機驅動的計算機控製方法[J].電氣傳(chuan) 動自動化,2000（4）:40-42.

　　[5]L. J. Lagin et al., “The Overview of the National Ignition Facility Distributed Computer Control System”, ICALEPCS 2001.

　　 [6]P. VanArsdall B. Reed, R. Bettenhausen J. Spann, F. Holloway J. Wiedwald, M. Miller, “INTEGRATED COMPUTER CONTROL SYSTEM”, UCRL-LR-105821-97-3.

　　 [7] S.M. Yang and E.L. Kuo. “Damping conml of two-phase hybrid stepping motors”, IEEE Trammtiom on Power Electronics, Vol. 18, No. 3, May 2003.