基于MPC07运动控制卡的步进电机控制系统研究

0　引言

随着机电一体化的不断发展,现代工业中运动控制系统也随之更新换代,从PLC、单片机、运动控制卡到专业的运动控制单元,控制方法越来越先进,控制策略越来越多,并不断诞生出一代复杂而柔性的设备和机器。
MPC07运动控制卡是基于PC机PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元,它与PC机构成主从式控制结构, 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,MPC07卡完成运动控制的各种细节,譬如每个轴的运动依靠输出脉冲和方向信号、在运动过程中能够自动升降速的处理、以及实现回原点起保护作用的限位开关信号等。每块MPC07卡可控制4轴步进电机或数字式伺服电机,并支持多卡共用以实现多于4个运动轴的控制。该卡是基于FPGA设计,能够提供各种运动控制功能。
用户可根据控制系统的要求编制人机界面,并调用MPC07运动函数库中的指令函数,就可以开发出满足要求而且成本低廉的多轴运动控制系统。

1　MPC07运动控制卡的原理

MPC07配备了功能强大、内容丰富的Windows驱动程序、DLL函数库。MPC07在插补算法和运动函数的执行效率方面采用了更有效的方法,提高了插补精度、插补速度和实时性。MPC07运动函数库用于二次开发,用户用VisualBasic或VC + +支持Windows标准32位动态链接库（DLL）调用的开发工具编制所需的用户界面程序,并把它与MPC07运动库链接起来,就可以开发出自己的多轴运动控制系统,例如:数控系统、检测设备、自动生产线等。MPC07的运动函数库能够完成与运动控制有关的复杂细节:升降速计算、行程控制、多轴插补等,这样就可以大大缩短控制系统的开发周期。
MPC07控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数:单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。
另外,为了配合运动控制系统的开发,还提供了间隙补偿功能。图1为MPC07控制卡在三轴步进控制系统中的应用。

2　运动控制系统工作过程

利用MPC07的动态链接库（DLL ） ,开发者可以很快开发出Windows平台下的运动控制系统。MPC07动态链接库是标准的Windows 32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。
首先进行程序初始化,设置运动参数以及板卡参数,运动参数有各种运动速度、加/减速、升降速类型等,板卡参数有卡的数量、各卡上的轴数等。如果硬件设置错误,软件在运行时发生错误,则调用失败,需重新设置。
步进电机的直线运动:独立运动和插补运动。
独立运动指各控制轴的运动之间没有联动关系,可以是单轴运动,也可以是多轴同时按各自的速度运动。点位运动、连续运动和回原点运动都属于独立运动。
插补运动是指两轴或三轴按照一定的算法进行联动,被控轴同时启动,并同时到达目标位置。插补运动以矢量速度运行,矢量速度分为常矢量速度和梯形矢量速度。多轴插补运动（图2）只有线性运动,它们的运动速度由矢量速度决定,各轴的速度为矢量速度在各轴上的分量。

下面一段代码是使两轴以常速度作直线插补:
set_vector conspeed （2000） 设置矢量常速度为2000个脉冲;
con2line2 （1, 2000, 2, 2500） 轴l移动2000个脉冲,轴2移动2500个脉冲。
下面一段代码是使两轴以梯形速度作直线插补:
set_vector p rofile （500, 2000, l000）设置矢量梯形速度:低速为500个脉冲,高速为2000个脉冲,加速度为1000个脉冲;
fast_line2 （1, 2000, 2, 4000）轴I移动2000个脉冲,轴2移动4000个脉冲。

3　程序设计

下面利用VB编制图1三轴电机的运动,运动参数包括轴号、初速度、最高速度、加速度和移动距离等,使得三轴能够连续运动、回原点,并能够读取当前轴号、位置和速度。图3为用VB编制的三轴运动功能框图。

部分程序如下:
Op tion Exp licit
Dim AxesNum As Long轴号
Dim lowspeed AsDouble初速度
Dim highspeed AsDouble最高速度
Dim Accel AsDouble加速度
Dim DisAs Long移动距离
′＊
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
该函数对板卡进行设置,可在窗体加载时调用:
Private Function SetBoard （ ） As Integer
Dim Rtn As Integer
Rtn = auto_set（ ） ′对板卡进行自动设置
If Rtn < = 0 Then ′若自动设置错误则返回0
SetBoard = - 1
Exit Function
End If
Rtn = init_board
If Rtn < 0 Then
SetBoard = - 2
Exit Function
End If
SetBoard = 0
End Function
′＊
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
′读取用户设置的运动参数:
Private Sub GetParam （ ）
AxesNum =Val（ txtAxesNum. Text）
lowspeed =Val（ txtLowSpeed. Text）
highspeed =Val（ txtHighSpeed. Text） ′
Accel =Val（ txtAccel. Text）
Dis =Val （ txtDis. Text） ′
set_maxspeed AxesNum, highspeed
set_conspeed AxesNum, lowspeed ′设置常速运动参数
set_p rofile AxesNum, lowspeed, highspeed, Accel ′设置梯形速度运动参数
End Sub
读取并显示状态（当前的位置和速度）
Private Sub timGetdata_Timer（ ）
Dim posAs Long
Dim speed AsDouble
get_abs_posAxesNum, pos ′读取位置
labPos. Cap tion = pos ′显示位置
speed = get_rate （AxesNum） ′读取速度
labSpeed. Cap tion = speed ′显示速度
End Sub

4　结束语

介绍了MPC07运动控制卡的工作原理及其应用,在VB环境下三轴步进电机的运动,当然,运动控制卡的运动函数库还能够完成与运动控制有关的复杂细节,比如升降速直线插补,梯形速度直线插补等,这样就能够实现更完善的运动控制系统。