PT/PVT运动模式介绍:EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发(十一)

xpcie1032h功能简介
xpcie1032h是一款基于pci express的ethercat总线运动控制卡,可选6-64轴运动控制,支持多路高速数字输入输出,可轻松实现多轴同步控制和高速数据传输。
xpcie1032h集成了强大的运动控制功能,结合motionrt7运动控制实时软核,解决了高速高精应用中,pc windows开发的非实时痛点,指令交互速度比传统的pci/pcie快10倍。
xpcie1032h支持pwm,pso功能,板载16进16出通用io口,其中输出口全部为高速输出口,可配置为4路pwm输出口或者16路高速pso硬件比较输出口。输入口含有8路高速输入口,可配置为4路高速色标锁存或两路编码器输入。
xpcie1032h搭配motionrt7实时内核,使用本地local接口连接,通过高速的核内交互,可以做到更快速的指令交互,单条指令与多条指令一次性交互时间可以达到3-5us左右。
➜xpcie1032h与motionrt7实时内核的配合具有以下优势:
1.支持多种上位机语言开发,所有系列产品均可调用同一套api函数库;
2.借助核内交互,可以快速调用运动指令,响应时间快至微秒级,比传统pci/pcie快10倍;
3.解决传统pci/pcie运动控制卡在windows环境下控制系统的非实时性问题;
4.支持一维/二维/三维pso(高速硬件位置比较输出),适用于视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制等应用;
5.提供高速输入接口,便于实现位置锁存;
6.支持ethercat总线和脉冲输出混合联动、混合插补。
➜使用xpcie1032h和motionrt7进行项目开发时,通常需要进行以下步骤:
1.安装驱动程序,识别xpcie1032h;
2.打开并执行文件“motionrt710.exe”,配置参数和运行运动控制实时内核;
3.使用zdevelop软件连接到控制器,进行参数监控。连接时请使用pci/local方式,并确保zdevelop软件版本在3.10以上;
4.完成控制程序开发,通过local链接方式连接到运动控制卡,实现实时运动控制。
➜与传统pci/pcie卡和plc的测试数据结果对比:
我们可以从测试对比结果看出,xpcie1032h运动控制卡配合实时运动控制内核motionrt7,在local链接(核内交互)的方式下,指令交互的效率是非常稳定,当测试数量从1w增加到10w时,单条指令交互时间与多条指令交互时间波动不大,非常适用于高速高精的应用。
xpcie1032h控制卡安装
关闭计算机电源。
打开计算机机箱,选择一条空闲的xpcie卡槽,用螺丝刀卸下相应的挡板条。
将运动控制卡插入该槽,拧紧挡板条上的固定螺丝。
xpcie1032h驱动安装与建立连接参考往期文章ethercat超高速实时运动控制卡xpcie1032h上位机c#开发(一):驱动安装与建立连接。
一、c#语言进行运动控制项目开发
二、pc函数介绍
相关pc函数介绍详情可参考“zmotion pc函数库编程手册 v2.1.1”。
1、控制器网口连接函数接口说明
2、多条相对pt运动接口说明
3、多条绝对pt运动接口说明
4、多条相对pvt运动接口说明
5、多条绝对pvt运动接口说明
6、示波器触发函数接口说明
7、设置轴的规划位置函数接口说明
三、pt/pvt运动介绍
1.pv运动说明
(1)pt运动:在一段时间内驱动电机运动设置的距离。一般是pc每个周期计算好对应的坐标,然后传给控制器。
(2)pt算法:在用户定义的”位置和时间”点之间,pt算法计算出一个合适的速度曲线。pt算法保证控制卡的轨迹计算符合每一个已知的点和时间。分段速度简单的由位置和时间的差分计算出来。
(3)pt模式算法适用的场景:pt算法对于近距离的点位运动或者低速度的运动很合适。它是非常简单的算法,需要很少的计算量,因此计算速度很快。在低性能的运动系统中很受欢迎。但如果点之间间隔太大,那么运动将会很粗糙,因为每一段的加速度将会显得不连续。每个点之间的加速度是瞬时的。最好保证点的跨距在几个采样点之间。
(4)pt运动的pc函数库接口:
a.相对pt运动:zaux_direct_multimovept(链接句柄,填写的运动数量,参与运动总轴数,轴号列表,ticks时间列表,运动距离列表)。
b.绝对pt运动:zaux_direct_multimoveptabs(链接句柄,填写的运动数量, 参与运动总轴数,轴号列表,ticks时间列表,运动距离列表)。
2.pvt运动说明
(1)pvt运动:在一段时间内驱动电机运动设置的距离,带速度规划,可以指定结束速度,小段内速度会自动根据前面的速度与结束速度来自动规划,尽可能连续。一般是pc每个周期计算好对应的坐标,然后传给控制器。
(2)pvt算法:在用户定义的“位置/速度/时间”点之间,pvt算法计算出合适的jerk参数(加加速度,非恒定加速度)。这个算法保证轨迹计算合符每个已知点的位置、速度和时间。
(3)pvt模式算法适用的场景:pvt算法对于平滑轨迹和轨迹跟踪非常有效。位置轨迹点可以间隔很近,也可以间隔很大。
例如:对于复杂的路径,点位需要间隔很近;对于简单的路径,点位可以间隔很大。pvt可以手动指定点位置,但最困难的是确定每个点的合适速度值。
(4)pvt运动的pc函数库接口:
a.相对pvt运动:zaux_direct_multimovepvt(链接句柄,填写的运动数量, 参与运动总轴数,轴号列表,ticks时间列表,运动距离列表)。
b.绝对pvt运动:zaux_direct_multimovepvtabs(链接句柄,写的运动数量,参与运动总轴数,轴号列表,ticks时间列表,运动距离列表)。
3.pv/pvt运动重点说明
(1)在一段时间内驱动电机运动设置的距离。
(2)pt运动时的加速度、速度和减速度都是根据所设置的时间以及位置所规划的。(3)一般是pc每个周期计算好对应的坐标,然后传给控制器。(4)运动时的速度=(运动距离/时间长度)*1000 units/ms。(5)不要在极短时间运动大距离,脉冲频率会过高,电机堵转,可以分解成小段,重复发送。
注意:使用pt/pvt指令时,需记得配置快减减速度或者减速度,否则遇到异常,使用停止运动指令将不会停止。
四、例程说明
1.c#例程界面如下。
2.例程简易流程图如下。
3.要想通过上位机操控控制器,就必须先链接控制器。例如通过local链接方式的链接按钮的消息响应函数来链接控制器。
private void button4_click(object sender, eventargs e){ if (g_handle == (intptr)0) { c_close_card_click(sender, e); } zmcaux.zaux_fastopen(5, combobox1.text, 1000, out g_handle); if (g_handle != (intptr)0) { this.text = 已链接; timer1.enabled = true; c_move_axis_textchanged(); } else { messagebox.show(链接失败,请选择正确的local!); }}  
链接成功后,例程左上角会显示已链接。如果链接失败,还弹出“链接失败,请选择正确的local!”的弹窗。
4.轴参数写入。链接成功后,会调用自定义的轴参数写入函数。
private void c_move_axis_textchanged(){ float dposvalue = 0; float mposvalue = 0; int atype = 1; //设置轴的类型 int unitvalue = 100; //设置脉冲当量的值 int ret = 0; for (int i = 0; i (2 * math.pi / math.abs(ω))) { break; } }}  
六、pvt运动参数设置及运行效果
1.pvt运动(未规划速度与轨迹)
pvt运动一般配合三角函数使用,如果直接使用pvt运动,运动曲线和速度曲线会很不平滑。
(1)输入pvt运动参数,并选择相对pvt运动还是绝对pvt运动。
(2)把zdevelop软件local连接到控制卡,打开zdevelop示波器窗口,把示波器的通道数设置为8,按下图设置示波参数后,启动示波器。
(3)启动pvt运动。因为添加了pc函数库中的示波器触发函数,点击pvt运动的启动按钮后,示波器会被触发,pvt运动轨迹如下图。
相对pvt运动 绝对pvt运动
private void button5_click(object sender, eventargs e){ uint[] tims=new uint[4];//相对绝对 pt 运动时间规划 float[] dposlist=new float[16];//相对 pt 运动距离规划 float[] speediist = new float[16];//相对 pt 运动速度规划 int[] iaxis = new int[4];//轴列表 int ret = 0; tims[0] = convert.touint32(textbox9.text); tims[1] = convert.touint32(textbox13.text); tims[2] = convert.touint32(textbox12.text); tims[3] = convert.touint32(textbox63.text); iaxis[0] = 0; iaxis[1] = 1; iaxis[2] = 2; iaxis[3] = 3; dposlist[0] = convert.toint32(textbox10.text); dposlist[1] = convert.toint32(textbox15.text); dposlist[2] = convert.toint32(textbox18.text); dposlist[3] = convert.toint32(textbox21.text); dposlist[4] = convert.toint32(textbox14.text); dposlist[5] = convert.toint32(textbox16.text); dposlist[6] = convert.toint32(textbox19.text); dposlist[7] = convert.toint32(textbox22.text); dposlist[8] = convert.toint32(textbox11.text); dposlist[9] = convert.toint32(textbox17.text); dposlist[10] = convert.toint32(textbox20.text); dposlist[11] = convert.toint32(textbox23.text); dposlist[12] = convert.toint32(textbox64.text); dposlist[13] = convert.toint32(textbox62.text); dposlist[14] = convert.toint32(textbox61.text); dposlist[15] = convert.toint32(textbox60.text); speediist [0] = convert.toint32(textbox10.text); speediist [1] = convert.toint32(textbox15.text); speediist [2] = convert.toint32(textbox18.text); speediist [3] = convert.toint32(textbox21.text); speediist [4] = convert.toint32(textbox14.text); speediist [5] = convert.toint32(textbox16.text); speediist [6] = convert.toint32(textbox19.text); speediist [7] = convert.toint32(textbox22.text); speediist [8] = convert.toint32(textbox11.text); speediist [9] = convert.toint32(textbox17.text); speediist [10] = convert.toint32(textbox20.text); speediist [11] = convert.toint32(textbox23.text); speediist [12] = convert.toint32(textbox64.text); speediist [13] = convert.toint32(textbox62.text); speediist [14] = convert.toint32(textbox61.text); speediist [15] = convert.toint32(textbox60.text); zmcaux.zaux_direct_setdpos(g_handle, 0, 0); zmcaux.zaux_direct_setdpos(g_handle, 1, 0); zmcaux.zaux_direct_setdpos(g_handle, 2, 0); zmcaux.zaux_direct_setdpos(g_handle, 3, 0); zmcaux.zaux_trigger(g_handle); if (radiobutton11.checked == true) { zmcaux.zaux_direct_multimovepvt(g_handle,4,4,iaxis,tims,dposlist,speediist); } else if (radiobutton12.checked == true) { zmcaux.zaux_direct_multimovepvtabs(g_handle,4,4,iaxis,tims,dposlist,speediist); } }  
2.pvt运动(余弦函数)
pt运动跟pvt运动的区别在于多了个运动结束速度的参数,所以只要用运动的实时速度作为运动的结束速度,那pvt运动(余弦函数)跟pt运动(余弦函数)的运动曲线就是一样的了。运动的实时速度可以由运动距离求导得出。
(1)pvt运动(余弦函数)参数说明。
运动距离:a * cos(ωx + ψ)+c
运动结束速度:-a*ω*sin(ωx+ψ)
a:代表振幅,决定了曲线的峰值和谷值
ω:代表角频率,它影响了曲线的周期性,周期t = 2π/ω。
ψ:代表相位角,可以理解为曲线的水平偏移量。
c:代表常数项,会对整个曲线产生上下平移。
(2)输入pvt运动参数并选择运动轴。
(3)把zdevelop软件local连接到控制卡,打开zdevelop示波器窗口,将示波器的通道数设置为8,按下图设置示波参数后,启动示波器。
(4)启动pt运动(余弦函数)。因为添加了pc函数库中的示波器触发函数,点击pt运动的启动按钮后,示波器会被触发,pvt运动轨迹如下图。
注意:虽然示波器上运动曲线的起点是200,但是实际上轴是从零的位置开始运动的,这是为了让运动曲线和速度曲线的关系更直改,所以把运动曲线的起点设置为峰值。
(5)通过对比pvt运动(只规划轨迹,未规划速度)和pvt运动(余弦函数)的速度曲线,会发现pvt运动(只规划轨迹,未规划速度)的速度曲线波动很大,好像有5条速度曲线一样,pvt运动(余弦函数)的速度曲线就很正常。
pvt运动(余弦函数) pvt运动(只规划轨迹,未规划速度)
private void button9_click(object sender, eventargs e){ if (radiobutton5.checked == true) { naxis1 = 0; } else if (radiobutton8.checked == true) { naxis1 = 1; } else if (radiobutton6.checked == true) { naxis1 = 2; } else if (radiobutton7.checked == true) { naxis1 = 3; } uint[] tims = new uint[1];//绝对 pt 运动时间规划 float[] dposlist = new float[1]; //绝对 pt 运动距离规划 float[] speediist = new float[1];//绝对 pt 运动速度规划 int[] iaxis = new int[1]; double x = 0; double a = convert.todouble(textbox96.text); double ω = convert.todouble(textbox94.text) * math.pi; double ψ = convert.todouble(textbox95.text); double c = convert.todouble(textbox93.text); tims[0] = 10; iaxis[0] = naxis1; zmcaux.zaux_direct_setdpos(g_handle, naxis, (float)(a * math.cos(ω*x + ψ)+c)); zmcaux.zaux_trigger(g_handle); while (true) { //x = a * cos(ωx + ψ)+c dposlist[0] = (float)(a * math.cos(ω * x + ψ) + c); speediist[0]= (float)(-a * ω * math.sin(ω*x+ ψ)); zmcaux.zaux_direct_multimovepvtabs(g_handle, 1, 1, iaxis, tims, dposlist, speediist); x = x + 0.01; //x的增加的数量是运动时间除以1000,运动时间改变时,x的增加的数量也要跟着改变 if (x > (2 * math.pi / math.abs(ω))) { break; } }}  
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