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运动控制系统中的上位控制单元(下)

四、采用PC+运动控制卡作为上位控制的方案。

随着PC（Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。

从运动控制卡的主控芯片来看，一般有三种形式：单片机，专用运动控制芯片，DSP。

以单片机为主控芯片的运动控制卡，成本较低，外围电路较为复杂。由于这种方案仍是采用在程序中靠延时来控制发脉冲，脉冲波形的质量和频率都受到限制，一般用这种卡控制步进电机；以专用运动控制芯片为主控芯片的运动控制卡成本较高，但其运动控制功能有硬件电路实现，而且集成度高，所以可靠性、实时性都比较好；输出脉冲频率可以达到几兆赫兹，能够满足对步进电机和数字式伺服电机的控制。以DSP（Digital Signal Processor）为主控芯片的运动控制卡利用了DSP对数字信号的高拖把速处理，能够实时完成极其复杂的运动轨迹，常用于像工业机器人等运动复杂的自动化设备中。可减少检验时间

运动控制卡是基于PC机各种总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，总线形式也是多种多样，通常使用的是基于ISA总线，PCI总线的。而且由于计算机主板的更新换代，ISA插槽都越来越少了，PCI总线的运动控制卡应该是目前的主流。卡上专用CPU与PC机CPU构成主从式双CPU控制模式：PC机CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；卡上专用CPU来处理所有运动控制的细节：升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。同时随卡还提供功能强大的运动控制软件库：Ｃ语言运动库、Windows DLL动态链接库等，让用户更快、更有效地解决复杂的运动控制问题。运动控制卡的功能图如下：（以MPC02为例）

控制卡接受主CPU的指令，进行运动轨迹规划，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测等。每块运动控制卡可控制多轴步进电机或数字式伺服电机，并支持多卡共用，以实现更多运动轴的控制；每个轴都可以输出脉冲和方向信号，并可输入原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、限位保护等功能。开关信号由控制卡自动检测并作出反应。

目前的运动控制卡主要特征有：开放式结构、使用简便、功能丰富、可靠性高等。具体的特征体现在硬件和软件两个方面：在硬件方面采用PC机的ISA总线方式，各种设置采用简单的跳线和拨码开关；接线方式采用D型插头；采用PC机的PCI总线方式，卡上无需进行任何跳线设置，所有资源自动配置，接线方式采用SISC型插头，可使用屏蔽线缆，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；在软件方面提供了丰富的运动控制函数库，以满足不同的点歌系统应用要求。用户只需根据控制系统的要求编制人机界面，并调用控制卡运动函数库中的指令函数，就可以开发出既满足要求又成本低廉的多轴运动控制系统。

控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数：单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。另外，为了配合运动控制系统的开发，还提供了一些辅助函数：中断处理、编码器反馈、间隙补偿，运动中变速等。

正是由于运动控制卡的开放式结构，强大而丰富的软件功能，对于使用者来说进行二次开发的设计周期缩短了，开发手段增多了，针对不同的数控设备，其柔性化、模块化、高性能的优势得以被充分利用。在目前工业生产中，它的应用范围十分广泛，在使用步进电机和数字式伺服电机的PC机运动控制系统中，都可以使用运动控制卡作为核心控制单元，例如：数控机床、加工中心、机器人等； 送料装置、云台；X拉力实验机有效空间指的是试样的夹持空间-Y-Z控制台； 绘图机、雕刻机、印刷机械；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机械。

从目前工业设备中应用来看，使用专业运动控制卡作为运动控制系统的上位控制越来越普及，附带产生的各种数控系统软件也越来越多。随着像激光雕刻机，三位坐标测量仪等新兴数控设备的兴起，运动控制卡在各个方面都表现出其巨大的开发潜力以及目前都不能预测到的应用前景，相信随着DSP运动控制卡的不断深入应用，PC+运动控制卡的方式将在北海上位控制单元占据不可替代的地位。

结束语

作为运动控制系统的核心部分，上位控制单元的形式决定了整套系统的运动巴斯夫新型聚酰胺材料及其利用不但带来了时尚的外观控制功能的强弱。根据不同的应用场合，根据各自的应用条件，为您的运动控制系统选择一个适用的“上尉”吧！

信息来源：控制与传动 作宇航服者：安志琨 张春雷