【正文】 功 能，能夠實時完成極其復雜的軌跡運算，常用于象工業(yè)機器人等運動復雜的 31 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 自動化設備中。 除了以上對控制卡的分類，控制卡還可以分為單軸、多軸控制卡2） 圓弧插補運動 圓弧插補運動是指兩軸或多軸以矢量速度沿給定圓弧作聯(lián)動，每個被控 軸的運動速度為矢量速度在該軸上的分速度，由于矢量速度的方向在不斷改 變，各被控軸的運動分速度也在不斷改變。各個被控軸同時啟動，并同時到 達目標位置，并且兩個軸的合成運動軌跡為給定的圓弧。 如果兩軸或多軸按照給定的橢圓或者螺旋線做插補運動，則叫做橢圓或 者螺旋插補運動。 多軸運動的基本形式 多軸獨立運動 多軸獨立運動是指兩軸或多軸能以獨立的形式進行點位運動、連續(xù)運動和回原點運動，同時開始但不一定同時到達。 32 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文。 多軸插補運動 插補運動是指兩軸或多軸按照一定的算法進行聯(lián)動，被控軸同時啟動， 并同時到達目標位置。插補運動以矢量速度運行，矢量速度分為常矢量速 度和梯形矢量速度。 插補運動按照運動軌跡的不同可分為以下幾種形式： 1） 線性插補運動 線性插補運動是指兩軸或多軸以矢量速度作線性聯(lián)動，每個被控軸的運 動速度為矢量速度在該軸上的分速度，各個被控軸同時啟動，并同時到達目 標位置。 2） 圓弧插補運動 圓弧插補運動是指兩軸或多軸以矢量速度沿給定圓弧作聯(lián)動，每個被控 軸的運動速度為矢量速度在該軸上的分速度，由于矢量速度的方向在不斷改 變，各被控軸的運動分速度也在不斷改變。各個被控軸同時啟動，并同時到 達目標位置，并且兩個軸的合成運動軌跡為給定的圓弧。 如果兩軸或多軸按照給定的橢圓或者螺旋線做插補運動，則叫做橢圓或 者螺旋插補運動。 驅動器控制信號的設定 驅動器是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受 的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅動器的信號一般有兩種設置方式：單脈沖 控制方式（step/dir）和雙脈沖控制方式（cw/ccw）。 1. 單脈沖控制方式（step/dir） 步進脈沖信號（step）：驅動器沒接受一個脈沖信號就驅動步進電機旋 轉一個步距角，脈沖信號的頻率和步進電機的速度成正比，脈沖信號的個數(shù) 就決定了步進電機的旋轉角度。這樣控制系統(tǒng)就可以通過脈沖信號就可以達 到電機調速和定位的目的。 28 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 方向電平信號（dir）：此信號控制電機的旋轉方向。比如說，dir 信號 為高電平時電機正轉，dir 信號為低電平時電機則反轉。此種換向方式，我 們稱之為單脈沖方式。 2. 雙脈沖控制方式（cw/ccw） 此控制方式，驅動器接受兩種脈沖信號——正轉（cw）和反轉（ccw）， 當其中一路（如 cw）有脈沖信號，電機正轉；當另一路（如 ccw）有脈沖信 號，電機反轉。 雙/單脈沖控制方式的設定可由驅動器面板“雙/單脈沖”開關實現(xiàn)。 在確定了要構建PC+運動控制卡的上位控制單元之后，接下來就是選擇合適的運動控制卡了。在選擇運動控制卡時，我們需要考慮的問題有： 1. 根據(jù)要開發(fā)設備的工作特點，確定電機的類型； 33 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 2. 確定要控制的電機軸數(shù)和電機工作模式； 3. 確定控制系統(tǒng)類型，開環(huán)還是閉環(huán)，有無位置檢測、速度檢測裝置 等； 4. 確定輸入輸出開關量的數(shù)量。 此外我們選擇控制卡的一個重要考慮——必須支持 LabVIEW 編程，因為 我們的目的是基于 LabVIEW 編程語言，對實現(xiàn) XY 工作臺的運動控制作一些 有益的探索。 另外，價格因素也是我們選擇產(chǎn)品的一個重要參考。 基于對以上問題的考慮，我們選擇了美國國家儀器（NI）公司生產(chǎn)的四 軸步進電機控制卡 PCI－7314 及其配件 UMI－7764 接線盒一個和專用線纜 SH68－C68－S 一根。下面是對運動控制卡 PCI－7314。 PCI－7314 是基于 PC 機或者工業(yè)計算機 PCI 總線的開環(huán)步進電機控制 卡，它可以編程實現(xiàn)對 1－4 軸獨立的運動控制，支持點位控制、速度輪廓 控 制 、 基 于 事 件 運 動 輪 廓 控 制 等 形 式 ， 支 持 的 編 程 語 言 有 LabVIEW 、 LabWindows/CVI、C、Visual Basic 和其他一些高級語言，其控制模式有整 步、半步以及微步三種。 34 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文驅動器控制信號的設定。 驅動器是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受 的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅動器的信號一般有兩種設置方式：單脈沖 控制方式（step/dir）和雙脈沖控制方式（cw/ccw）。 1. 單脈沖控制方式（step/dir） 步進脈沖信號（step）：驅動器沒接受一個脈沖信號就驅動步進電機旋 轉一個步距角，脈沖信號的頻率和步進電機的速度成正比，脈沖信號的個數(shù) 就決定了步進電機的旋轉角度。這樣控制系統(tǒng)就可以通過脈沖信號就可以達 到電機調速和定位的目的。 28 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 方向電平信號（dir）：此信號控制電機的旋轉方向。比如說，dir 信號 為高電平時電機正轉，dir 信號為低電平時電機則反轉。此種換向方式，我 們稱之為單脈沖方式。 2. 雙脈沖控制方式（cw/ccw） 此控制方式，驅動器接受兩種脈沖信號——正轉（cw）和反轉（ccw）， 當其中一路（如 cw）有脈沖信號，電機正轉；當另一路（如 ccw）有脈沖信 號，電機反轉。 雙/單脈沖控制方式的設定可由驅動器面板“雙/單脈沖”開關實現(xiàn)。 5．2 基于運動控制卡的運動形式 單軸運動的基本形式 點位運動 點位運動是指被控軸以各自的速度分別移動指定的距離，在到達目標位 置時自動停止。 連續(xù)運動 連續(xù)運動是指被控軸以各自的速度按給定的方向一直運動，直到碰到限 位開關或調用制動函數(shù)才會停止。 回原點運動 回原點運動是指被控軸以各自的速度按給定的方向一直運動，直到碰到 原點信號限位開關或調用制動函數(shù)才會停止。 多軸運動的基本形式 多軸獨立運動 多軸獨立運動是指兩軸或多軸能以獨立的形式進行點位運動、連續(xù)運動和回原點運動，同時開始但不一定同時到達。 32 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文。 多軸插補運動 插補運動是指兩軸或多軸按照一定的算法進行聯(lián)動，被控軸同時啟動， 并同時到達目標位置。插補運動以矢量速度運行，矢量速度分為常矢量速 度和梯形矢量速度。 插補運動按照運動軌跡的不同可分為以下幾種形式： 1） 線性插補運動 線性插補運動是指兩軸或多軸以矢量速度作線性聯(lián)動，每個被控軸的運 動速度為矢量速度在該軸上的分速度，各個被控軸同時啟動，并同時到達目 標位置。 2） 圓弧插補運動 圓弧插補運動是指兩軸或多軸以矢量速度沿給定圓弧作聯(lián)動，每個被控 軸的運動速度為矢量速度在該軸上的分速度，由于矢量速度的方向在不斷改 變，各被控軸的運動分速度也在不斷改變。各個被控軸同時啟動，并同時到 達目標位置，并且兩個軸的合成運動軌跡為給定的圓弧。 如果兩軸或多軸按照給定的橢圓或者螺旋線做插補運動，則叫做橢圓或 者螺旋插補運動。 驅動器控制信號的設定 驅動器是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受 的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅動器的信號一般有兩種設置方式：單脈沖 控制方式（step/dir）和雙脈沖控制方式（cw/ccw）。 1. 單脈沖控制方式（step/dir） 步進脈沖信號（step）：驅動器沒接受一個脈沖信號就驅動步進電機旋 轉一個步距角，脈沖信號的頻率和步進電機的速度成正比，脈沖信號的個數(shù) 就決定了步進電機的旋轉角度。這樣控制系統(tǒng)就可以通過脈沖信號就可以達 到電機調速和定位的目的。 28 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 方向電平信號（dir）：此信號控制電機的旋轉方向。比如說，dir 信號 為高電平時電機正轉，dir 信號為低電平時電機則反轉。此種換向方式，我 們稱之為單脈沖方式。 2. 雙脈沖控制方式（cw/ccw） 此控制方式，驅動器接受兩種脈沖信號——正轉（cw）和反轉（ccw）， 當其中一路（如 cw）有脈沖信號，電機正轉；當另一路（如 ccw）有脈沖信 號，電機反轉。 雙/單脈沖控制方式的設定可由驅動器面板“雙/單脈沖”開關實現(xiàn)。 5．3 運動控制卡的選擇 選擇合適的運動控制卡 在確定了要構建PC+運動控制卡的上位控制單元之后，接下來就是選擇合適的運動控制卡了。在選擇運動控制卡時，我們需要考慮的問題有： 1. 根據(jù)要開發(fā)設備的工作特點，確定電機的類型； 33 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 2. 確定要控制的電機軸數(shù)和電機工作模式； 3. 確定控制系統(tǒng)類型，開環(huán)還是閉環(huán)，有無位置檢測、速度檢測裝置 等； 4. 確定輸入輸出開關量的數(shù)量。 此外我們選擇控制卡的一個重要考慮——必須支持 LabVIEW 編程，因為 我們的目的是基于 LabVIEW 編程語言，對實現(xiàn) XY 工作臺的運動控制作一些 有益的探索。 另外，價格因素也是我們選擇產(chǎn)品的一個重要參考。 基于對以上問題的考慮，我們選擇了美國國家儀器（NI）公司生產(chǎn)的四 軸步進電機控制卡 PCI－7314 及其配件 UMI－7764 接線盒一個和專用線纜 SH68－C68－S 一根。下面是對運動控制卡 PCI－7314。 功能特點的介紹PCI－7314 是基于 PC 機或者工業(yè)計算機 PCI 總線的開環(huán)步進電機控制 卡，它可以編程實現(xiàn)對 1－4 軸獨立的運動控制，支持點位控制、速度輪廓 控 制 、 基 于 事 件 運 動 輪 廓 控 制 等 形 式 ， 支 持 的 編 程 語 言 有 LabVIEW 、 LabWindows/CVI、C、Visual Basic 和其他一些高級語言，其控制模式有整 步、半步以及微步三種。 34 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 驅動器控制信號的設定 它是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受 的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅動器的信號一般有兩種設置方式：單脈沖 控制方式（step/dir）和雙脈沖控制方式（cw/ccw）。 1. 單脈沖控制方式（step/dir） 步進脈沖信號（step）：驅動器沒接受一個脈沖信號就驅動步進電機旋 轉一個步距角，脈沖信號的頻率和步進電機的速度成正比，脈沖信號的個數(shù) 就決定了步進電機的旋轉角度。這樣控制系統(tǒng)就可以通過脈沖信號就可以達 到電機調速和定位的目的。 28 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 方向電平信號（dir）：此信號控制電機的旋轉方向。比如說，dir 信號 為高電平時電機正轉，dir 信號為低電平時電機則反轉。此種換向方式，我 們稱之為單脈沖方式。 2. 雙脈沖控制方式（cw/ccw） 此控制方式，驅動器接受兩種脈沖信號——正轉（cw）和反轉（ccw）， 當其中一路（如 cw）有脈沖信號，電機正轉；當另一路（如 ccw）有脈沖信 號，電機反轉。 雙/單脈沖控制方式的設定可由驅動器面板“雙/單脈沖”開關實現(xiàn)。第 6 章 基于 LabVIEW 的運動控制的實現(xiàn) 6．1 虛擬儀器技術簡介 虛擬儀器的概念 所謂虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱 VI）技術，就是用戶在通用 計算機平臺上，根據(jù)測試任務的需要來定義和設計儀器的測試功能，其實質 是充分利用計算機來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器功能。它是由計算機技術、測量技 術和微電子技術高速發(fā)展而孕育出的一項革命性技術。這一創(chuàng)新使得用戶能 夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像創(chuàng)通一起那樣受到儀器廠商的限 制。 虛擬儀器的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)的儀器方法， 開辟了測控技術的新紀元， 代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。 一套虛擬儀器系統(tǒng)就是一臺工業(yè)標準計算機或工作站配上功能強大的 應用軟件、低成本的硬件（例如插入式板卡）及驅動軟件，它們在一起共同 完成傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測量系統(tǒng)到以軟件 為中心的測量系統(tǒng)的根本性轉變。以軟件為主的測量系統(tǒng)充分利用了常用臺 式計算機和工作平臺的計算、顯示和互聯(lián)網(wǎng)等諸多用于提高工作效率的強大 功能。 雖然PC機和集成電路技術在過去的20年里有顯著的發(fā)展和提高， 但是， 軟件才是在功能強大的硬件基礎上創(chuàng)建虛擬儀器系統(tǒng)的真正關鍵所在。 “軟件就是儀器” （The Software is the Instrument）反映了虛擬儀 35 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 器技術的本質特征。 LabVIEW的簡介及組成 美國NI公司的虛擬儀器平臺LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是目前最主要、最為成功的虛擬儀器開發(fā)軟件。 LabVIEW是一種圖形化編程語言（Graphical Programming Language），簡 稱G語言。 G語言是一種適合應用于任何編程任務，具有擴展函數(shù)庫的通用編 程語言。和Basic或C語言一樣，G語言定義了數(shù)據(jù)模型、結構類型和模塊調 用語法規(guī)則等編程語言的基本要素，它還包括常用的程序調試工具，比如允 許設置斷點、單步調試和動態(tài)顯示執(zhí)行程序流等功能。同時，它還提供了豐 富的主要面向數(shù)據(jù)采集、GPIB和串行儀器控制，以及數(shù)據(jù)存儲、顯示和分析 等的擴展函數(shù)庫，為用戶編程提供了極大的方便。即使是個編程新手，也能 用全圖形化方式編程的LabVIEW很快的“畫”出程序來。G語言編寫的程序稱為虛擬儀器VI，在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應用程序都 ，以表示虛擬儀器的含義。一個用LabVIEW開發(fā)的應用程序VI 包括三個部分：前面板、框圖程序以及圖標連接端口。 1. 前面板 VI前面板又稱圖形交互式接口，它模擬真實儀器的前面板，用于設置輸 入量和觀察輸出量。前面板可以包含旋鈕、刻度盤、開關、圖表、圖形以及 其他界面工具。 2. 框圖程序 每一個VI前面都有相應的框圖程序與之對應。框圖程序用圖形化編程語 36 山東建筑大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文 言編寫，相當于傳統(tǒng)程序中的源代碼?？驁D中的部件可以看成程序節(jié)點，如 結構和算術功能等。 這些部件都用連線連接， 以定義