運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展是制造自動(dòng)化前進(jìn)的旋律,是推動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)睛榄。運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)從以單片機(jī)或微處理器為核心的運(yùn)動(dòng)控制器和以專業(yè)芯片(ASIC)作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器荣茫，發(fā)展到了基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動(dòng)控制器想帅。
　　當(dāng)今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展啡莉，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)正在發(fā)生根本性的變革港准，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。開放式體系結(jié)構(gòu)使運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有更好的通用性咧欣、柔性浅缸、適用性、擴(kuò)展性近沐。
　　一庵坛、開放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
　　按照IEEE定義，一個(gè)開放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)提供這樣的能力來(lái)自不同賣主的種種平臺(tái)上運(yùn)行的應(yīng)用都能夠在系統(tǒng)上完全實(shí)現(xiàn)象瓤，并能和其他系統(tǒng)應(yīng)用互操作恼睹，且具有一致性的用戶界面。
　　開放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究始于1987年叨林，是由美國(guó)發(fā)起的狞衷。目前，通用運(yùn)動(dòng)控制器從結(jié)構(gòu)上主要分為如下三大類：
　　1. 基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器
　　這種運(yùn)動(dòng)控制器大都采用DSP或微機(jī)芯片作為CPU料鲫，可完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃久耍、高速實(shí)時(shí)插補(bǔ)、伺服濾波控制和伺服驅(qū)動(dòng)奥唯，外部IO之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口功能捷夜，它開放的函數(shù)庫(kù)可提供用戶根據(jù)不同的需要，在DOS或Windows等平臺(tái)下開發(fā)應(yīng)用軟件商贾，組成各種控制系統(tǒng)非震。目前這種運(yùn)動(dòng)控制器得到了廣泛的應(yīng)用。
　　2. Soft型開放式運(yùn)動(dòng)控制器
　　它提供給用戶最大的靈活性满哪，它的運(yùn)動(dòng)控制軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中婿斥，而硬件部分僅僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部IO之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。用戶可以在WINDOWS平臺(tái)和其他操作系統(tǒng)的支持下哨鸭，利用開放的運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核民宿，開發(fā)所需要的控制功能，構(gòu)成各種類型的高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)像鸡，從而提供給用戶更多的選擇和靈活性活鹰。Soft型開放式運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是開發(fā)，制造成本相對(duì)較低只估，能給予開發(fā)人員更加個(gè)性化的開發(fā)平臺(tái)志群。
　　3. 嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器
　　這種運(yùn)動(dòng)控制器是把計(jì)算機(jī)嵌入到計(jì)算機(jī)控制器中的一種產(chǎn)品，它能夠獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)動(dòng)控制器與計(jì)算機(jī)之間的通訊依靠計(jì)算機(jī)總線锌云，實(shí)質(zhì)上是基于總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器的一種變種荠医。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)總線的計(jì)算機(jī)模塊，這種類型的控制器采用了更加可靠的總線連接方式(采用針式連接器)桑涎，更加適合工業(yè)應(yīng)用彰莲。在使用中，采用如工業(yè)以太網(wǎng)烈瘸、RS485泳疗、SERCOS、PROFIBUS等現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊接口連接上級(jí)計(jì)算機(jī)或控制面板犹蝇。嵌入式的運(yùn)動(dòng)控制器也可配置軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器菱泻，甚至可以通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。
　　二昵斤、PC+運(yùn)動(dòng)控制卡的控制方案
　　采用PC＋運(yùn)動(dòng)控制卡作為上位控制可充分利用計(jì)算機(jī)資源肉扁，用于運(yùn)動(dòng)過程、運(yùn)動(dòng)軌跡都比較復(fù)雜困邪，且柔性比較強(qiáng)的機(jī)器和設(shè)備勃谎。從用戶使用的角度來(lái)看，基于PC機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡主要是硬件接口(輸入輸出信號(hào)的種類业馒、性能)和軟件接口(運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)的功能函數(shù))的差異慷境。
　　運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC機(jī)各種總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元，總線形式也是多種多樣蛾趣。由于計(jì)算機(jī)主板的更新?lián)Q代冗懦，ISA插槽都越來(lái)越少了，PCI總線的運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)該是目前的主流仇祭∨叮卡上專用CPU與PC機(jī)CPU構(gòu)成主從式雙CPU控制模式。PC機(jī)CPU可以專注于人機(jī)界面乌奇、實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)送指令等系統(tǒng)管理工作;卡上專用CPU來(lái)處理所有運(yùn)動(dòng)控制的細(xì)節(jié)升降速計(jì)算没讲、行程控制、多軸插補(bǔ)等礁苗，無(wú)需占用PC機(jī)資源爬凑。同時(shí)隨卡還提供功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件庫(kù)Ｃ語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)庫(kù)、Windows DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等试伙，讓用戶更快嘁信、更有效地解決復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制問題。
　　運(yùn)動(dòng)控制卡采用了開放式結(jié)構(gòu)疏叨，使用簡(jiǎn)便吱抚，功能豐富百宇，可靠性高。若采用PC機(jī)的PCI總線方式狱林，卡上無(wú)需進(jìn)行任何跳線設(shè)置，所有資源自動(dòng)配置涛帐，并且所有的輸入衙到、輸出信號(hào)均用光電隔離，提高了控制卡的可靠性和抗干擾能力;在軟件方面提供了豐富的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)梯匠，以滿足不同的應(yīng)用要求贱避。用戶只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制人機(jī)界面，并調(diào)用控制卡運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)中的指令函數(shù)扶绒，就可以開發(fā)出既滿足要求又成本低廉的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)疙汁。
　　運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)為單軸及多軸的步進(jìn)或伺服控制提供了許多運(yùn)動(dòng)函數(shù)，如單軸運(yùn)動(dòng)幅之、多軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)语哺、多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等等。另外刑炎，為了配合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)忽仗，還提供了一些輔助函數(shù)，如中斷處理浦译、編碼器反饋棒假、間隙補(bǔ)償，運(yùn)動(dòng)中變速等精盅。
　　正是由于運(yùn)動(dòng)控制卡的開放式結(jié)構(gòu)帽哑，強(qiáng)大而豐富的軟件功能，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)進(jìn)行二次開發(fā)的設(shè)計(jì)周期縮短了叹俏，開發(fā)手段增多了妻枕，針對(duì)不同的數(shù)控設(shè)備，其柔性化她肯、模塊化佳头、高性能的優(yōu)勢(shì)得以被充分利用。
　　三晴氨、開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　整個(gè)系統(tǒng)以基于“PC機(jī)＋運(yùn)動(dòng)控制卡”為核心康嘉，采用ADT850運(yùn)動(dòng)控制卡加松下數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)開放式硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)配備內(nèi)容豐富籽前、功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)亭珍，采用VC++面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)枝哄、運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通訊稿服，其結(jié)構(gòu)如圖所示。
　　PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作，例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理舀闻、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示菜缭、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)I0的監(jiān)控等等手霎。其中宪郑，脈沖信號(hào)控制電機(jī)所走的步數(shù)，方向信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)杖进，以實(shí)現(xiàn)二軸的位置控制袁垄。X軸和Y軸原點(diǎn)、限位檢測(cè)是通過一組機(jī)械開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)隧庐，原點(diǎn)檢測(cè)開關(guān)用來(lái)生成用戶二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)坐標(biāo)系原點(diǎn)鼓临，限位檢測(cè)開關(guān)確保每軸工作行程極限。這些狀態(tài)信號(hào)經(jīng)邏輯電平整形電路士袜、光電隔離電路后送入運(yùn)動(dòng)控制卡狀態(tài)寄存器中角黍，由CPU隨時(shí)讀出，達(dá)到對(duì)IO狀態(tài)信號(hào)的檢測(cè)该肴。在硬件上情竹，由于采用了光電隔離措施，這樣匀哄，既隔離了外設(shè)對(duì)內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)的干擾秦效，又能有效地防止過電壓、過電流等外界突發(fā)事件對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的損壞涎嚼，大大提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性阱州。
　　本系統(tǒng)充分發(fā)揮了PC機(jī)軟件資源豐富和計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，吸收CADCAM的特點(diǎn)法梯，在利用造型軟件生成零件圖后苔货，再利用數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為加工G代碼，將指令G代碼與機(jī)床實(shí)際位置進(jìn)行分析比較產(chǎn)生瞬時(shí)速度立哑，然后由板卡將其解釋為運(yùn)動(dòng)軌跡控制函數(shù)夜惭，最后通過調(diào)用運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)內(nèi)的插補(bǔ)程序段，輸出脈沖和方向信號(hào)铛绰，控制半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)诈茧，實(shí)現(xiàn)所希望的空間軌跡路徑動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度。
　　四丈巩、基于Visual C++多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)
　　Visual C++是一個(gè)在Windows環(huán)境下的程序開發(fā)工具粗线，它是可視化的、面向?qū)ο蟮某裕捎檬录?qū)動(dòng)的蚂霎。它屏蔽了Windows環(huán)境下程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性竣恃，使Windows應(yīng)用程序設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便贷挠、快捷筝驱。利用ADT850運(yùn)動(dòng)控制卡的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL可以很快開發(fā)出Windows平臺(tái)下的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。ADT850運(yùn)動(dòng)控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是標(biāo)準(zhǔn)的Windows 32位動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)棠镇，選用的開發(fā)工具應(yīng)支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的32位DLL調(diào)用焊轴。
　　基于PC+運(yùn)動(dòng)控制卡多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)需由ADT850運(yùn)動(dòng)控制卡配套光盤提供開發(fā)庫(kù)中的三個(gè)文件，一個(gè)是靜態(tài)庫(kù)ADT850.LIB亭郑，一個(gè)是頭文件ADT850.H，一個(gè)是WindowsNT2000使用的文件winio.sys辽乎，動(dòng)態(tài)庫(kù)中的函數(shù)已在頭文件ADT850.H中有聲明媳谁，用戶可以直接調(diào)用其中的函數(shù)。ADT850函數(shù)庫(kù)中提供常用的單軸運(yùn)動(dòng)友酱，多軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制晴音，多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制，中斷缔杉、等功能锤躁。
　　每塊ADT850卡最多可以控制四軸的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)需要控制多個(gè)軸時(shí)或详，可以在PC機(jī)上插入幾塊卡系羞，而在編程時(shí)，把它們當(dāng)成一個(gè)整體對(duì)待霸琴，各卡之間的軸與同一塊卡上的軸也同樣能夠進(jìn)行聯(lián)動(dòng)或插補(bǔ)椒振，這樣就能實(shí)現(xiàn)多于四軸的運(yùn)動(dòng)控制。一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可同時(shí)使用的ADT850卡的數(shù)目取決于PCI擴(kuò)展槽的數(shù)目梧乘。
　　五澎迎、結(jié)語(yǔ)
　　以基于“PC機(jī)＋運(yùn)動(dòng)控制卡”為核心的開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的已經(jīng)成功的應(yīng)用到了南京工業(yè)大學(xué)研發(fā)的二維交流伺服系統(tǒng)的高精度X-Y坐標(biāo)繪圖儀上，取得了很好的控制性能选调。利用Visual C++在Windows平臺(tái)上夹供，對(duì)ADT850運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)二次開發(fā)，可以很快的開發(fā)出用戶界面和自己的控制系統(tǒng)臭呀，大大節(jié)省了開發(fā)周期和開發(fā)費(fèi)用喂磷。

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