運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)（三）：二維/三維/多軸PSO輸出

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。

上節(jié)講解了多軸PSO等距周期和固定時間周期兩種比較輸出模式，本節(jié)主要講解二維三維比較輸出模式。

01 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。

02 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。

03 C++語言MFC進(jìn)行運(yùn)動控制項(xiàng)目的開發(fā)

1.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。

2.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。

3.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。

4.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”。

5.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：

6.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。

7.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。

04 MFC程序的運(yùn)行和讀寫控制開發(fā)

1.Demo交互界面如下

2.二維比較模式

（1）2D比較（模式25）

語法：HW_PSWITCH2(25，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos)

mode 25：二維的比較模式；

opnum：對應(yīng)的輸出口；

opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；

num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù)；

tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號。

說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置OP反轉(zhuǎn)一次。圖中藍(lán)色段表示OP開啟，各類常用插補(bǔ)運(yùn)動均支持比較，比較點(diǎn)坐標(biāo)一定的要準(zhǔn)確，否則會影響后面點(diǎn)的比較。

該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點(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），設(shè)置比較點(diǎn)脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

脈沖偏差說明：2D模式下設(shè)置XY坐標(biāo)需要準(zhǔn)確，軸運(yùn)動不到準(zhǔn)確的TABLE比較點(diǎn)時將無法觸發(fā)，3D模式同理。故多維比較模式引入一個特殊參數(shù)maxerr位置范圍偏差，左右范圍均有效，即實(shí)際位置坐標(biāo)點(diǎn)與TABLE的比較點(diǎn)的差值在maxerr范圍內(nèi)便有效，觸發(fā)時刻為當(dāng)前位置進(jìn)入比較點(diǎn)的觸發(fā)范圍內(nèi)便觸發(fā)比較，比較范圍示意圖如下。

注意：maxerr的單位為脈沖數(shù)的偏差，不是距離的偏差。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設(shè)置兩個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：（100，50），（160，80）。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)（100，50）和點(diǎn)（160，80），誤差范圍在±50個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。

示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（100，50）時輸出為1，直到坐標(biāo)（160，80）的時候恢復(fù)為0。

（2）2D比較（模式26）

語法：HW_PSWITCH2(26，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos，[ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus])

mode 26：二維的比較模式；

opnum：對應(yīng)的輸出口；

opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；

num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù)；

tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號；

* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨(dú)寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) *

ophwtimeus：脈沖時間；

ophwtimes：脈沖個數(shù)；

hwcyctimeus：脈沖周期。

說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，兩個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個2D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點(diǎn)OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置；到達(dá)下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式7和模式36。

該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的二維比較點(diǎn)之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。

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），設(shè)置好比較點(diǎn)之后再設(shè)置脈沖有效時間、脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復(fù)次數(shù)），設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1；設(shè)置兩個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：（100，100），（200，200）。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)（100，100），點(diǎn)（200，200），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（100，100），（200，200）的時候都會觸發(fā)兩個周期為60ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

3.三維比較模式

（1）3D比較（模式35）

語法：HW_PSWITCH2(35，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos)

mode 35:三維的比較模式；

opnum：對應(yīng)的輸出口；

opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；

num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù)；

tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號；

說明：比較點(diǎn)寫在TABLE中，三個連續(xù)的TABLE數(shù)據(jù)組成一個3D坐標(biāo)，每到達(dá)一個比較位置觸發(fā)OP，每個比較點(diǎn)OP反轉(zhuǎn)的次數(shù)和反轉(zhuǎn)周期由HW_TIMER設(shè)置；到達(dá)下一個TABLE位置，OP再次觸發(fā)。類似模式26和模式7。

該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點(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），設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。

示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）時會發(fā)生電平變化。

核心程序示例：

/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式
Axisnum:軸數(shù)組
Opnum :對應(yīng)的輸出口
Opstate: 第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài).
maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進(jìn)入偏差范圍后開始比較.
num    :TABLE 里面存儲的比較點(diǎn)個數(shù).
tablepos: 第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在 TABLE 編號
與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù).
ModePara1:脈沖時間
ModePara2:脈沖個數(shù)
ModePara3:脈沖周期
*/
int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3)
{
   if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX)
   {
       return ERR_AUX_PARAERR;
   }
   char cmdbuff[2048];
   char  tempbuff[2048];
   char cmdbuffAck[2048];
   //生成命令
   sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d)n", Axisnum[0], Axisnum[1]);
   switch(Mode)
   {
   case 25:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 26:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 35:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 36:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   default:
       return  ERR_AUX_PARAERR;      
       break;
   }
   //調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
   int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048);
   if (strlen(cmdbuffAck)!=0)
   return ERR_ACKERROR;
   return ret;
}

（2）3D比較（模式36）

語法：HW_PSWITCH2(36，opnum，opstate，maxerr，num，tablepos， [ophwtimeus，ophwtimes，hwcyctimeus])

mode 36：三維的比較模式；

opnum：對應(yīng)的輸出口；

opstate：第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)；

maxerr：比較位置每個軸左右的脈沖偏差，進(jìn)入偏差范圍后開始比較，此參數(shù)不能寫0；

num：table里面存儲的比較點(diǎn)坐標(biāo)個數(shù)；

tablepos：第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在table編號；

* 以下參數(shù)和HW_TIMER二選一，HW_TIMER單獨(dú)寫可以動態(tài)調(diào)整參數(shù) *

ophwtimeus：脈沖時間；

ophwtimes：脈沖個數(shù)；

hwcyctimeus：脈沖周期。

該模式主要功能為，碰到設(shè)置好的三維比較點(diǎn)之后，輸出口輸出一斷設(shè)置好的定時脈沖。

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），設(shè)置好比較點(diǎn)之后再設(shè)置脈沖有效時間，脈沖周期時間，以及脈沖個數(shù)（重復(fù)次數(shù)），設(shè)置比較點(diǎn)的脈沖最大誤差等參數(shù)后，啟動比較。緊接著驅(qū)動軸運(yùn)動即可。

如下圖所示，設(shè)置高速比較輸出口為0，首個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)為1，比較軸為0，1，2；設(shè)置4個比較點(diǎn)，比較點(diǎn)坐標(biāo)分別為：（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）。即當(dāng)軸運(yùn)動到點(diǎn)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80），誤差范圍在±10個脈沖左右的范圍時，都會觸發(fā)電平變化。都會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

示波器波形如圖所示：在坐標(biāo)（80，40，20），（160，80，40），（240，120，60），（320，160，80）時會觸發(fā)兩個周期為40ms，脈沖有效時間為20ms的脈沖。

核心程序示例：

/*參數(shù)：mode 25, 26 ,35,36.2D/3D的比較模式
Axisnum:軸數(shù)組
Opnum :對應(yīng)的輸出口
Opstate: 第一個比較點(diǎn)的輸出狀態(tài).
maxerr:比較位置每個軸左右的脈沖偏差, 進(jìn)入偏差范圍后開始比較.
num:TABLE 里面存儲的比較點(diǎn)個數(shù).
tablepos: 第一個比較點(diǎn)坐標(biāo)所在 TABLE 編號
與 hwtimer 并用時, 可以動態(tài)調(diào)整 hwtimer 參數(shù).
ModePara1:脈沖時間
ModePara2:脈沖個數(shù)
ModePara3:脈沖周期
*/
int32 CMyControlDlg:: ZAux_Direct_HwPswitch2_2D(ZMC_HANDLE handle, int *Axisnum,int Mode,int Opnum , int Opstate,int maxerr,int num, int tablepos, float ModePara1, float ModePara2,float ModePara3)
{
   if(0 > Axisnum[0] || Axisnum[0] > MAX_AXIS_AUX)
   {
       return ERR_AUX_PARAERR;
   }
   char cmdbuff[2048];
   char  tempbuff[2048];
   char cmdbuffAck[2048];
   //生成命令
   sprintf(cmdbuff, "BASE(%d,%d)n", Axisnum[0], Axisnum[1]);
   switch(Mode)
   {
   case 25:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 26:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 35:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d)", Mode, Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   case 36:
       sprintf(tempbuff, "HW_PSWITCH2(%d,%d,%d,%d,%d,%d,%f,%f,%f)", Mode,Opnum, Opstate, maxerr,num,tablepos,ModePara1,ModePara2,ModePara3);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
       break;
   default:
       return  ERR_AUX_PARAERR;      
       break;
   }
   //調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
   int ret=ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck,2048);
   if (strlen(cmdbuffAck)!=0)
   return ERR_ACKERROR;
   return ret;
}

本次，正運(yùn)動技術(shù)運(yùn)動控制器PSO視覺飛拍與精準(zhǔn)輸出的C++開發(fā)（三）：二維/三維/多軸PSO輸出，就分享到這里。

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審核編輯黃宇