基于PC的开放式多轴运动控制系统开发

三、开放式多轴运动控制系统硬件结构  

整个系统以基于“PC机＋运动控制卡”为核心，采用ADT850运动控制卡加松下数字交流伺服驱动器构成一个开放式硬件结构。同时配备内容丰富、功能强大的运动函数库，采用VC++面向对象的编程技术，实现PC机、运动控制卡和伺服驱动器之间的通讯，其结构如图1所示。  



图1二轴运动系统结构框图  

PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作，例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号I0的监控等等。其中，脉冲信号控制电机所走的步数，方向信号控制电机正反转，以实现二轴的位置控制。X轴和Y轴原点、限位检测是通过一组机械开关来实现，原点检测开关用来生成用户二维运动系统坐标系原点，限位检测开关确保每轴工作行程极限。这些状态信号经逻辑电平整形电路、光电隔离电路后送入运动控制卡状态寄存器中，由CPU随时读出，达到对IO状态信号的检测。在硬件上，由于采用了光电隔离措施，这样，既隔离了外设对内部数字系统的干扰，又能有效地防止过电压、过电流等外界突发事件对计算机系统的损坏，大大提高了系统的控制精度和可靠性。  

本系统充分发挥了PC机软件资源丰富和计算速度快的优点，吸收CADCAM的特点，在利用造型软件生成零件图后，再利用数控系统转化为加工G代码，将指令G代码与机床实际位置进行分析比较产生瞬时速度，然后由板卡将其解释为运动轨迹控制函数，最后通过调用运动函数库内的插补程序段，输出脉冲和方向信号，控制半闭环位置伺服系统带动工作台运转，实现所希望的空间轨迹路径动态特性和稳态精度。  

四、基于VisualC++多轴运动控制系统的软件开发  

VisualC++是一个在Windows环境下的程序开发工具，它是可视化的、面向对象的，采用事件驱动的。它屏蔽了Windows环境下程序设计的复杂性，使Windows应用程序设计变得简单、方便、快捷。利用ADT850运动控制卡的动态链接库DLL可以很快开发出Windows平台下的运动控制系统。ADT850运动控制卡动态链接库是标准的Windows32位动态链接库，选用的开发工具应支持Windows标准的32位DLL调用。  

基于PC+运动控制卡多轴运动控制系统的软件开发需由ADT850运动控制卡配套光盘提供开发库中的三个文件，一个是静态库ADT850.LIB，一个是头文件ADT850.H，一个是WindowsNT2000使用的文件winio.sys，动态库中的函数已在头文件ADT850.H中有声明，用户可以直接调用其中的函数。ADT850函数库中提供常用的单轴运动，多轴独立运动控制，多轴插补运动控制，中断、等功能。  

每块ADT850卡最多可以控制四轴的运动，当需要控制多个轴时，可以在PC机上插入几块卡，而在编程时，把它们当成一个整体对待，各卡之间的轴与同一块卡上的轴也同样能够进行联动或插补，这样就能实现多于四轴的运动控制。一台计算机上可同时使用的ADT850卡的数目取决于PCI扩展槽的数目。  

五、结语  

以基于“PC机＋运动控制卡”为核心的开放式多轴运动控制系统的已经成功的应用到了南京工业大学研发的二维交流伺服系统的高精度X-Y坐标绘图仪上，取得了很好的控制性能。利用VisualC++在Windows平台上，对ADT850运动函数库二次开发，可以很快的开发出用户界面和自己的控制系统，大大节省了开发周期和开发费用。