步進(jìn)的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2（二）：RTSys編程調(diào)試

本文導(dǎo)讀

上節(jié)課程給大家介紹了ZMC432CL-V2硬件接口（詳情點(diǎn)擊→步進(jìn)的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2（一）：硬件接口介紹），本節(jié)主要講解如何通過RTSys開發(fā)軟件調(diào)試ZMC432CL-V2的脈沖閉環(huán)功能。

一、ZMC432CL-V2產(chǎn)品簡介

ZMC432CL-V2高性能多軸運(yùn)動(dòng)控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖型的獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器，具備高速實(shí)時(shí)反饋功能，支持脈沖全閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高響應(yīng)速度的運(yùn)動(dòng)控制。高精度定位，有效消除機(jī)械傳動(dòng)誤差，滿足高精密加工場景應(yīng)用要求。

1.ZMC432CL-V2硬件功能

（1）豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)等。

（2）硬件接口豐富：支持脈沖軸（帶編碼器反饋）和EtherCAT總線軸，具備24路輸入和12路輸出的通用IO，部分為高速IO，2路模擬量輸出(DA)。

（3）EtherCAT刷新周期最快達(dá)250us，滿足高速通信需求。

（4）支持4通道硬件比較輸出、硬件定時(shí)器、運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)輸出，適用于多通道視覺飛拍等場合。

（5）支持掉電檢測、掉電存儲(chǔ)，多種程序加密方式，能夠有效防止系統(tǒng)故障，保護(hù)項(xiàng)目工程文件數(shù)據(jù)，并提高系統(tǒng)的可靠性。

（6）通過純國產(chǎn)IDE開發(fā)環(huán)境RTSys進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，可實(shí)時(shí)仿真、在線跟蹤以及診斷與調(diào)試，簡便易用，支持多種高級(jí)上位機(jī)語言聯(lián)合編程進(jìn)行二次開發(fā)。

更多關(guān)于ZMC432CL-V2詳情介紹點(diǎn)擊→步進(jìn)控制的光柵尺全閉環(huán)解決方案：32軸EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2。

二、RTSys調(diào)試ZMC432CL-V2的脈沖閉環(huán)功能

1.新建RTSys的項(xiàng)目文件

點(diǎn)擊【文件】→【新建工程】→【輸入文件名】→【保存】。

2.新建RTBasic文件和RTHmi文件

點(diǎn)擊【新建】→【選擇Basic/Hmi】→【確定】，完成Basic和Hmi文件的創(chuàng)建，其中Basic文件用于運(yùn)動(dòng)邏輯的編寫，Hmi文件用于人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。

右擊【工程視圖】下的HMI文件名稱，在彈出的選項(xiàng)框中選擇【設(shè)置任務(wù)號(hào)】，并將其設(shè)置為0，表示控制器啟動(dòng)后將一任務(wù)0去執(zhí)行Hmi文件程序。

3.在BasicMain.bas文件里面編寫系統(tǒng)初始化函數(shù)和周期掃描函數(shù)

'/****************************************************************************
'任務(wù)編號(hào)：無
'函數(shù)功能：系統(tǒng)初始化
'Input：無
'Output：無 
'返回值：無
'備注：無        
'******************************************************************************/
GLOBAL SUB SysInit()
    '測試固件信息
    ?"測試固件信息：ver 24.8.28 : "version_build, "SERVO_PERIOD: "SERVO_PERIOD
    '軸分配
    GLOBAL CONST TestAxisId=0
    '線程分配
    GLOBAL CONST IntCycleTask=1
    GLOBAL CONST OtherTask=2
    '其他變量
    GLOBAL gvCLStstus,gv_HandMode
    GLOBAL gv_P,gv_I,gv_D
    GLOBAL gv_VF,gv_AF,gv_OV
    '軸初始化參數(shù)
    GLOBAL gv_Speed,gv_Accel,gv_Decel
    GLOBAL gv_Sramp,gv_Inch
    GLOBAL gv_Units
    GLOBAL gv_mpos,gv_input
    GLOBAL VpMode
    '*********************軸參數(shù)初始化*********************
    gv_Units=2000
    gv_mpos =4000
    gv_input=-20043
    gvCLStstus=0
    gv_Speed=2
    gv_Accel=100
    gv_Decel=100
    gv_Sramp=0
    gv_Inch=1
    gv_HandMode=0
    VpMode=0
    '**********************系統(tǒng)初始化**********************
    RAPIDSTOP(2)  '停止所有軸
    WAIT IDLE
    DELAY(100)
    DATUM(0)    '清除軸報(bào)警
    WAIT IDLE
    '**********************軸參數(shù)初始化*********************
    BASE(TestAxisId)
    '關(guān)閉閉環(huán)功能
    SERVO=OFF
    ENCODER_SERVO=OFF
    '關(guān)閉閉環(huán)功能后要遠(yuǎn)程ATYPE從0到4的切換
    ATYPE =  0
    DELAY(100)
    ATYPE = 4
    '軸坐標(biāo)清零
    DPOS=0
    MPOS=0
    '更新軸參數(shù)
    UpDataAxisPara()
    '更新PID參數(shù)
    UpDatePid(0) 
ENDSUB
'/*****************************************************************************
'任務(wù)編號(hào)：無
'函數(shù)功能：Hmi掃描函數(shù)
'Input：無
'Output：無
'返回值：無
'備注：無        
'******************************************************************************/
GLOBAL SUB SysScan()
'更新閉環(huán)狀態(tài)
IFSERVO(TestAxisId)=ONANDENCODER_SERVO(TestAxisId)=ONTHEN
         gvCLStstus=1
    ELSE
         gvCLStstus=0
    ENDIF
ENDSUB

4.組態(tài)人機(jī)界面Hmi文件的編輯

先點(diǎn)擊【工程視圖】里面的Hmi.hmi文件，在彈出來的【屬性】窗口里面輸入【初始化函數(shù)】和【周期函數(shù)】的函數(shù)名。

Hmi.hmi文件運(yùn)行后會(huì)先執(zhí)行一次【初始化函數(shù)】一般完成系統(tǒng)的初始化操作，【初始化函數(shù)】運(yùn)行完后Hmi.hmi文件會(huì)周期性的執(zhí)行【周期函數(shù)】和周期性的掃描Hmi界面上的按鈕等控件的操作情況。

點(diǎn)擊【控件箱】，可把控件箱里面的【控件】拖拽到Hmi窗口上進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。

5.Hmi人機(jī)界面的按鈕如何調(diào)用Bas文件里面的函數(shù)

（1）點(diǎn)擊【全閉環(huán)開關(guān)】按鈕實(shí)現(xiàn)脈沖全閉環(huán)功能的開啟與關(guān)閉。

先在BasicMain.bas文件中新建函數(shù)來完成全閉環(huán)功能開關(guān)的邏輯程序。

'/*************************************************************************
'任務(wù)編號(hào)：無
'函數(shù)功能：全閉環(huán)功能切換
'Input：Mode: 0 開關(guān)閉環(huán)功能  1：更新閉環(huán)Pid參數(shù)
'Output：無 
'返回值：無
'備注：無        
'**************************************************************************/
GLOBAL SUB ClosedLoop(Mode)
    IF Mode=0 THEN
        IF  gvCLStstus= 0 THEN
            '配置脈沖軸TestAxisId為全閉環(huán)的功能
            '配置PID參數(shù)
            BASE(TestAxisId)
            P_Gain = gv_P        'P:比例增益
            I_GAIN = gv_I      'I:積分增益
            D_GAIN = gv_D       'D:微分增益
            VFF_GAIN =  gv_VF     '速度反饋的前饋增益
            AFF_GAIN =  gv_AF     '加速度反饋的前饋增益
            OV_GAIN =   gv_OV    '速度增益
            '打開閉環(huán)功能
            AXIS_ENABLE = ON    '單軸使能打開情況下，全閉環(huán)才有效果
            ENCODER_SERVO = ON  '0-不開啟(缺省).  1-開啟閉環(huán)功能
            '重要，打開servo之前打開encoder_servo后
            '要完成一次atype由0變?yōu)?的切換，否則會(huì)報(bào)axis:0 config not support Servo.
            '無法打開閉環(huán)控制，原因未知
            ATYPE = 0
            DELAY(20)
            ATYPE = 4        '脈沖輸出+正交編碼反饋
            SERVO = ON        '0-不開啟(缺省).  1-開啟閉環(huán)功能
            DELAY(20)
            IF SERVO = ON THEN
                ?"閉環(huán)參數(shù)配置完成，閉環(huán)控制已打開"
            ELSE
                ?"閉環(huán)參數(shù)配置完成，閉環(huán)控制打開失敗，請檢查軸配置。"
            ENDIF
        ELSE
            BASE(TestAxisId)
            SERVO = OFF
            ENCODER_SERVO = OFF
            '關(guān)閉ENCODER_SERVO后需要完成一次 ATYPE從0到4的切換，保證閉環(huán)功能完全關(guān)閉
            ATYPE =  0
            DELAY(100)
            ATYPE = 4
            ?"已關(guān)閉閉環(huán)控制開關(guān)（switch），使用開環(huán)移動(dòng)"
        ENDIF
    ELSEIF gvCLStstus=1 THEN
        '配置脈沖軸TestAxisId為全閉環(huán)的功能
        BASE(TestAxisId)
        P_Gain = gv_P        'P:比例增益
        I_GAIN = gv_I      'I:積分增益
        D_GAIN = gv_D       'D:微分增益
        VFF_GAIN =  gv_VF     '速度反饋的前饋增益
        AFF_GAIN =  gv_AF     '加速度反饋的前饋增益
        OV_GAIN =   gv_OV    '速度增益
        ?"PID參數(shù)已更新 "
    ENDIF
ENDSUB

點(diǎn)擊【全閉環(huán)開關(guān)】按鈕控件，在屬性界面的【點(diǎn)擊調(diào)用函數(shù)欄】輸入要調(diào)用的函數(shù)名即可，并且同時(shí)進(jìn)行函數(shù)形參的傳遞。

（2）手動(dòng)按鈕功能的實(shí)現(xiàn)。

先在BasicMain.bas文件中新建函數(shù)來完成手動(dòng)按鈕的邏輯程序。

'/********************************************************************
'任務(wù)編號(hào)：無
'函數(shù)功能：寸動(dòng)運(yùn)動(dòng)與測試
'Input：Mode:1表示寸動(dòng)運(yùn)動(dòng)，0表示手動(dòng)運(yùn)動(dòng) 
'Input：Dir:運(yùn)動(dòng)方向  1正向運(yùn)動(dòng) -1負(fù)向運(yùn)動(dòng) 0停止運(yùn)動(dòng)
'Output：無 
'返回值：無
'備注：無        
'*********************************************************************/
GLOBAL SUB InchAndSub(Mode,Dir)
    BASE(TestAxisId)
    SPEED = gv_Speed
    ACCEL = gv_Accel
    DECEL = gv_DEcel
    SRAMP = gv_Sramp
    IF Mode=1 THEN
        '寸動(dòng)運(yùn)動(dòng)
        MOVE(gv_Inch*Dir) AXIS(TestAxisId)
        ?"寸動(dòng)運(yùn)動(dòng)"
    ELSE
        IFDir=1THEN
            '手動(dòng)運(yùn)動(dòng)正方向
            MOVEABS(FS_LIMIT(TestAxisId))
        ELSEIFDir=-1THEN
            '手動(dòng)運(yùn)動(dòng)負(fù)方向
            MOVEABS(RS_LIMIT(TestAxisId))
        ELSE
           '手動(dòng)運(yùn)動(dòng)按鈕松開的時(shí)候停止軸運(yùn)動(dòng)
            CANCEL(2)
        ENDIF
    ENDIF
ENDSUB

點(diǎn)擊【手動(dòng)按鈕】相關(guān)控件，在屬性界面點(diǎn)擊【動(dòng)作欄】選擇按下和松開的調(diào)用函數(shù)，在【動(dòng)作函數(shù)名】和【松開調(diào)用函數(shù)】欄分別輸入按鈕按下和松開想要調(diào)用的函數(shù)，并輸入對應(yīng)函數(shù)的形參（函數(shù)形參可以是立即數(shù)也可以是全局變量或者寄存器）。

6.下載程序測試代碼邏輯

點(diǎn)擊【連接】通過網(wǎng)口IP連接上控制器后，點(diǎn)擊【下載到RAM】（程序掉電不保存）或者【下載到ROM】（程序掉電保存）即可完成程序的下載。

點(diǎn)擊【工具】→【插件】→【Xplc Screen】即可在電腦上顯示人機(jī)界面，進(jìn)行相關(guān)功能的測試。

三、通過RTSys示波器對比開環(huán)控制和全閉環(huán)控制的情況

示波器的使用可以參考正運(yùn)動(dòng)小助手的歷史推文《運(yùn)動(dòng)控制看的更清楚細(xì)致！RTSys示波器功能簡介》。

1.開環(huán)控制情況分析

測試發(fā)現(xiàn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)過程中隨動(dòng)誤差（規(guī)劃位置和光柵尺反饋位置的差值）一直維持在0.02個(gè)用戶單位左右（這里一個(gè)用戶單位即一個(gè)UNITS設(shè)置的是1mm）。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也不相等，大概差了0.0025個(gè)用戶單位，折算為脈沖數(shù)是0.0025*用戶單位=5個(gè)脈沖。

2.閉環(huán)控制情況分析

測試發(fā)現(xiàn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)過程中隨動(dòng)誤差（規(guī)劃位置和光柵尺反饋位置的差值）除了啟動(dòng)和停止以外大部分保持在0個(gè)脈沖當(dāng)量左右。

相比較開環(huán)控制有較大的提升，當(dāng)運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也是相等的。

四、總結(jié)

1.啟用控制器閉環(huán)的時(shí)候要注意：

在打開ENCODER_SERVO后，打開servo之前要完成一次ATYPE從0到4的切換，這樣才可以正常打開控制器閉環(huán)的功能。

2.啟用控制器閉環(huán)同時(shí)還需要：

打開單軸使能axis_enable，這樣才能保證控制器閉環(huán)的正常啟用。

'打開閉環(huán)功能
BASE(TestAxisId)
AXIS_ENABLE = ON          '單軸使能打開情況下，全閉環(huán)才有效果
ENCODER_SERVO = ON        '0-不開啟(缺省).   1-開啟閉環(huán)功能
'重要，打開servo之前打開encoder_servo后
'要完成一次atype由0變?yōu)?的切換，否則會(huì)報(bào)axis：0 config not support Servo.
ATYPE = 0
DELAY(20)
ATYPE=4                   '脈沖輸出+正交編碼反饋
SERVO = ON                '0-不開啟(缺省).   1-開啟閉環(huán)功能
DELAY (20)
IF SERVO = ON THEN
    ?"閉環(huán)參數(shù)配置完成，閉環(huán)控制已打開，使用move指令移動(dòng)，并在示波器中監(jiān)測運(yùn)動(dòng)參數(shù)。"
ELSE
    ?"閉環(huán)參數(shù)配置完成，閉環(huán)控制打開失敗，請檢查軸配置。"
ENDIF

3.為保證控制器閉環(huán)功能的完全關(guān)閉：在關(guān)閉ENCODER_SERVO后需要完成一次ATYPE從0到4的切換，這樣才能保證控制器閉環(huán)功能完全關(guān)閉。

BASE(TestAxisId)
SERVO = OFF
ENCODER_SERVO =OFF
'關(guān)閉ENCODER_SERV0后需要完成一次ATYPE從0到4的切換，保證閉環(huán)功能完全關(guān)閉
ATYPE =0
DELAY(100)
ATYPE=4
?"已關(guān)閉閉環(huán)控制開關(guān)(switch)，使用開環(huán)移動(dòng)"

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本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)步進(jìn)的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2（二）：RTSys編程調(diào)試，就分享到這里。

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審核編輯 黃宇