運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)（一）：單軸PSO

本文主要介紹正運(yùn)動技術(shù)EtherCAT控制器在VS平臺采用C++語言實(shí)現(xiàn)的各種PSO功能。正運(yùn)動提供多種PSO模式供用戶搭配不同的場景使用。本節(jié)主要講解采用TABLE寄存器存儲的數(shù)據(jù)表觸發(fā)比較，更多周期比較模式、二維三維比較模式參見下一節(jié)說明。

一.硬件介紹

ZMC408CE是正運(yùn)動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運(yùn)動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運(yùn)動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行的場合。

ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，最多可擴(kuò)展至32軸，支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。

ZMC408CE支持8軸運(yùn)動控制，可采用脈沖軸（帶編碼器反饋）或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個輸入口和16個輸出口，部分IO為高速IO，EtherCAT最快100us的刷新周期。

ZMC408CE支持8個通道的硬件比較輸出、硬件定時器、運(yùn)動中精準(zhǔn)輸出，還支持8通道PWM輸出，對應(yīng)的輸出口為OUT0-7，支持8個通道同時觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺飛拍場合等。

ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機(jī)API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

ZMC408CE內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進(jìn)行有減速調(diào)整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。

二.PSO技術(shù)介紹

PSO（position synchronized output）即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實(shí)時的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。

PSO一般與激光器(或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備)同步輸出信號進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動軌跡的所有階段以恒定的空間(或恒定時間)間隔觸發(fā)輸出開關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實(shí)現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

PSO功能的特點(diǎn)是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋撸阅軌蛟谡麄€運(yùn)動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度，即在直線部分以很快的速度運(yùn)動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定。

通常圓角加工部分在整個加工過程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

正運(yùn)動的PSO功能調(diào)用ZAux_Direct_HwPswitch2函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)采用硬件實(shí)現(xiàn)IO的高速比較輸出，響應(yīng)速度達(dá)到微秒級別，故名硬件比較輸出。

三.MFC項(xiàng)目的開發(fā)

（一）新建MFC項(xiàng)目并添加函數(shù)庫

注：本例程在VS2010編譯環(huán)境下，基于.NET Framework 4.0框架創(chuàng)建的MFC窗體應(yīng)用程序。

1.工具欄菜單“文件”→“新建”→“項(xiàng)目”，啟動創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)А?/p>

2.選擇開發(fā)語言為“Visual C++”和.NET Framework 4以及MFC應(yīng)用程序，填寫好程序名以及選擇好程序存放路徑，點(diǎn)擊確定。

3.點(diǎn)擊下一步。

4.選擇類型為“基于對話框”，點(diǎn)擊下一步或者完成即可。

（二）找到廠家提供的C++函數(shù)庫文件

1.進(jìn)入廠商提供的光盤資料，找到“8.PC函數(shù)”文件夾，并點(diǎn)擊進(jìn)入，找到C++函數(shù)庫，路徑如下（64位庫為例）。

2.選擇“函數(shù)庫2.1”文件夾。

3.選擇“Windows平臺”文件夾。

4.根據(jù)需要選擇對應(yīng)的函數(shù)庫，這里選擇“64位庫”。

5.解壓C++壓縮包，里面有C++對應(yīng)的函數(shù)庫。

6.函數(shù)庫具體路徑如下。

7.將廠商提供的C++庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目中。

（三）在項(xiàng)目中添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件

靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib相關(guān)頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h

1.先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項(xiàng)”。

2.在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。

3.聲明用到的頭文件和定義控制器連接句柄。

至此，項(xiàng)目新建完成。

（四）查看PC函數(shù)手冊

用戶需要從PC函數(shù)手冊中獲取運(yùn)動控制開發(fā)使用的函數(shù)接口，對照手冊說明使用，PC函數(shù)手冊在光盤資料查看，具體路徑如下：“光盤資料8.PC函數(shù)函數(shù)庫2.1ZMotion函數(shù)庫編程手冊V2.1.pdf”。

（五）控制器網(wǎng)口連接函數(shù)接口

PC編程一般使用網(wǎng)口對控制器和工控機(jī)進(jìn)行鏈接。

ZAux_FastOpen（）；如果鏈接成功，該接口會返回一個鏈接句柄。通過操作這個鏈接句柄可以實(shí)現(xiàn)對控制器的控制。

ZAux_OpenEth()接口說明：

項(xiàng)目應(yīng)用截圖：

（六）硬件比較輸出函數(shù)接口

使用對下位機(jī)寄存器操作的指令操作鏈接句柄“g_handle”，對控制器進(jìn)行寄存器內(nèi)容取值，實(shí)時控制下位機(jī)相關(guān)的指令如下。

實(shí)時全局變量指令：ZAux_Direct_HwPswitch2硬件比較輸出指令到位置后硬件自動觸發(fā)op輸出信號。

（七）硬件定時器函數(shù)接口

ZAux_Direct_HwTimer硬件定時器硬件比較輸出后一段時間還原電平。

四.MFC程序的運(yùn)行和讀寫控制開發(fā)

（一）Demo交互界面

Demo主要分為三個部分：

1.鏈接控制器，支持網(wǎng)口連接和串口連接。

2.配置基本軸參數(shù)。

3.配置硬件比較輸出，可選多種模式測試，部分模式需要先配置TABLE的比較點(diǎn)數(shù)據(jù)才能啟動。

（二）常用模式例程功能與效果

1.單軸比較（模式1）

ZAux_Direct_HwPswitch2（ZMC_HANDLE handle,intAxisnum,intMode， intOpnum，intOpstate，floatModePara1， floatModePara2，floatModePara3，floatModePara4）.

（1）handle：控制器連接句柄；

（2）Axisnum：比較軸號；

（3）Mode：1-啟動比較器；

（4）Opnum：對應(yīng)的輸出口；

（5）Opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

（6）ModePara1：第一個比較點(diǎn)絕對坐標(biāo)所在TABLE寄存器編號；

（7）ModePara2：最后一個比較點(diǎn)絕對坐標(biāo)所在TABLE寄存器編號；

（8）ModePara3：第一個點(diǎn)判斷方向，0坐標(biāo)負(fù)向，1坐標(biāo)正向，-1不使用方向；

（9）ModePara4：模式1里面，該參數(shù)無意義，填0或其他任意值。

模式1主要功能為：在TABLE寄存器里面設(shè)置好比較點(diǎn)，碰到設(shè)置好的單軸比較點(diǎn)之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。

該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)（即設(shè)置table寄存器，點(diǎn)數(shù)量等），最后設(shè)置比較點(diǎn)的運(yùn)動方向，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，設(shè)置比較軸為0。設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：100，200，300，400。即當(dāng)軸運(yùn)動到100，200，300，400時，都會觸發(fā)電平變化。

示波器波形如圖所示：由圖可得輸出口OP（0）在100，200，300，400時會發(fā)生電平變化。

2.清除比較點(diǎn)（模式2）

ZAux_Direct_HwPswitch2（ZMC_HANDLEhandle,intAxisnum，intMode， intOpnum，intOpstate，float ModePara1, floatModePara2，floatModePara3，floatModePara4）.

（1）handle：控制器連接句柄；

（2）Axisnum：比較軸號；

（3）Mode：2-清除比較緩沖區(qū)；

（4）Opnum：對應(yīng)的輸出口；

（5）Opstate：模式2里面，該參數(shù)無意義，填0；

（6）ModePara1：模式2里面，該參數(shù)無意義，填0；

（7）ModePara2：模式2里面，該參數(shù)無意義，填0；

（8）ModePara3：模式2里面，該參數(shù)無意義，填0；

（9）ModePara4：模式2里面，該參數(shù)無意義，填0。

使用前需要調(diào)用此模式，清除可能沒有比較完成的數(shù)據(jù)。使用過程中也可以發(fā)送此命令，停止比較。

3.矢量比較方式（模式3）

ZAux_Direct_HwPswitch2（ZMC_HANDLEhandle，intAxisnum，intMode， intOpnum，intOpstate，floatModePara1， floatModePara2，floatModePara3，floatModePara4）.

（1）handle：控制器連接句柄；

（2）Axisnum：比較軸號；

（3）Mode：3-啟動比較器；

（4）Opnum：對應(yīng)的輸出口；

（5）Opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

（6）ModePara1：第一個矢量距離比較點(diǎn)絕對坐標(biāo)所在TABLE寄存器編號；

（7）ModePara2：最后一個矢量距離比較點(diǎn)絕對坐標(biāo)所在TABLE寄存器編號；

（8）ModePara3：模式3里面，該參數(shù)無意義，填0或其他任意值；

（9）ModePara4：模式3里面，該參數(shù)無意義，填0或其他任意值。

模式3主要功能為:在TABLE寄存器里面設(shè)置好比較點(diǎn)，碰到設(shè)置單軸矢量距離比較點(diǎn)之后，輸出口電平反轉(zhuǎn)。

該模式使用時需要指定高速輸出口，將首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)、比較軸設(shè)置好之后，再設(shè)置比較點(diǎn)（即設(shè)置TABLE寄存器，點(diǎn)數(shù)量等），啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，設(shè)置比較軸為0。設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：100，200，300，400。即當(dāng)軸矢量距離運(yùn)動到100，200，300，400時，都會觸發(fā)電平變化。

示波器波形如圖所示：由圖可得輸出口OP(0)在100，200，300，400時會發(fā)生電平變化。

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