基于伺服電機和運動(dòng)控制器的目標仿真實(shí)時(shí)性控制研究

　　運動(dòng)控制系統結構

　　整個(gè)控制系統硬件由PC機、DMC5400多軸控制器、增量式編碼器以及松下公司的全數字式交流伺服系統(包括電機和驅動(dòng)器)、中空力矩電機等組成(見(jiàn)圖3)。

　　該控制系統以PC機平臺為基礎，DMC5400多軸運動(dòng)控制器為運動(dòng)控制核心。PC機的CPU與DMC5400的CPU構成上下位機的結構，兩個(gè)CPU各自完成相應的任務(wù)。

　　PC機作為DMC5400的上位機，提供Windows平臺及人機操作界面，完成系統初始化、軌跡參數的設定、運動(dòng)信息的實(shí)時(shí)顯示等，僅需用極少部分時(shí)間向控制卡發(fā)送運動(dòng)指令。下位DMC5400多軸運動(dòng)控制器主要完成平移電機和旋轉電機的運動(dòng)控制，包括伺服驅動(dòng)、程序解釋以及高速數據采集等實(shí)時(shí)性任務(wù)。DMC5400直接插在PC機的PCI插槽中，并由動(dòng)態(tài)鏈接庫驅動(dòng)。

　　運動(dòng)控制系統軟件設計

　　該控制系統實(shí)質(zhì)上是一種以DMC5400為核心組成的開(kāi)放式數控系統。上位PC機和下位DMC5400多軸控制器各有自己的CPU、存儲器和外設，分別構成一套獨立的計算機系統。因此，在選擇控制軟件的開(kāi)發(fā)平臺時(shí)充分考慮了這種結構的特點(diǎn)。由于DMC5400多軸控制器采用了實(shí)時(shí)操作系統，數控程序代碼解釋工作和連續運動(dòng)時(shí)復雜的插補運算都由其內部的DSP來(lái)完成，可以保證對運算過(guò)程和各種緊急情況的及時(shí)處理。相對而言，上位PC機只是提供與用戶(hù)交互部分和一些狀態(tài)變量的讀取工作，CPU的工作量不是很大。

　　上位機軟件

　　上位機軟件的組成如圖4所示。

　　初始化模塊：實(shí)現零位標定等功能。

　　軌跡和參數設定模塊：根據不同的運動(dòng)功能和軌跡，提供了相應的參數設定界面，其中包括參數合理性判別、缺省值提供等輔助功能。

　　運動(dòng)信息實(shí)時(shí)顯示模塊：通過(guò)與DMC5400實(shí)時(shí)通訊，動(dòng)態(tài)采集負載位置和速度等運動(dòng)信息。然后，借助CB開(kāi)發(fā)的帶有二維坐標系的顯示界面，實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示負載運動(dòng)軌跡，同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示左右兩個(gè)軟硬限位狀態(tài)。另外，在界面的右下角還實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示負載的位置和速度數據。

　　故障診斷模塊：內嵌于各功能模塊中，如設定值合理性判別、鍵盤(pán)操作功能保護、界面功能按鈕的連鎖、電機限速保護、位置超速保護等。

　　通訊模塊：利用DMC5400提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫編制，實(shí)現上位PC機和下位DMC5400之間的通訊。它內嵌于各功能模塊中，囊括了同DMC5400通訊的所有方式，而且將其主要的函數進(jìn)行分類(lèi)、封裝。所編制的通訊程序實(shí)現了運動(dòng)軌跡程序及設定參數的下載、上位PC機對DMC5400的指令傳輸及DMC5400對PC機的狀態(tài)反饋等通訊功能。

　　下位機軟件

　　控制下位機是運動(dòng)控制系統的直接控制級，構成可控擴束和可控衰減兩個(gè)獨立的伺服控制回路。其功能包括：實(shí)現目標運動(dòng)的實(shí)時(shí)控制;采用相應的控制算法，對系統的運行位置、速度進(jìn)行控制;將檢測到的系統狀態(tài)信號通過(guò)PCI總線(xiàn)傳給上位機。DMC5400的運動(dòng)控制功能十分豐富，可以滿(mǎn)足絕大多數多軸運動(dòng)控制系統的要求[3]。

　　DMC5400運動(dòng)控制卡提供基于Windows 95 /98/Me/NT/2000/XP下32位DLL驅動(dòng)編程。其具體的編程語(yǔ)言可為VB、VC、C++Builder中的任何一種。在運動(dòng)函數庫中所使用到的函數主要有如下幾種：控制卡及軸設置函數，獨立運動(dòng)和插補運動(dòng)函數，制動(dòng)函數，位置和狀態(tài)的設置及查詢(xún)函數，I/O口操作函數，錯誤代碼函數。其函數返回值為0(函數執行正確)或-1(函數執行錯誤)。其控制系統的流程圖如圖5所示。