小激光器步进电机控制系统应用研究.docx

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1、小激光器步进电机控制系统应用研究ronggang导语：激光器实验系统有多台混合式步进电机和反响式步进电机需要控制，无论是靶丸的空间位置调节，还是光路中波片的调节都离不开步进电机的准确控制摘要：小激光器实验系统有多台混合式步进电机和反响式步进电机需要控制，无论是靶丸的空间位置调节，还是光路中波片的调节都离不开步进电机的准确控制。通过PCL839运动控制卡以及自行研制的电机控制切换器和控制软件，不仅能实现步进电机的准确运动控制，还能知足靶场的特殊控制要求，实现实时在线控制。关键词：小激光器;步进电机;运动控制Abstract：Smalllaserexperimentsystemismadeofma

2、nysteppingmotors.Wheheradjustingspacepositionoftargetbolus,orglasspatchintherayroad,isimpossiblewithoutaccuratecontrolingsteppingmotor.ByPCL839controlandmotorcontrolswitchdevelopedourself,accurateandreal-timecontrolofsteppingmotorcanbeimplemented.Keywords:smalllaser;steppingmotor;athleticscontrol小激光

3、器实验系统需要控制的设备有：一台同步系统、两台300J电源、4台20KJ电源、1个二极管电源、一套液晶光阀及三路步进电机控制;在靶场中有4路CCD图象收集、19路步进电机控制、真空度显示等。根据用户需求，小激光器计算机控制系统分为器件控制系统和靶场控制系统。光路准直、光斑图象挪动、镜片转动等操纵都离不开步进电机的转动，而怎样对步进电机实现高准确的定位控制，是靶场控制系统的难点。采用工控机、PCL839运动控制卡与控制切换器等相结合组成的控制系统，不仅能知足靶场对电机转动的高精度要求，还能实现实时在线控制。2控制系统构造及功能靶场控制系统实现对真空靶室真空抽取、靶丸的挪动的控制，并实现光路的调整

4、。靶室内有4台混合式电机，完成靶丸的挪动操纵。光路上有15台反响式电机，实现激光光束的传输。align=center图1靶场控制系统构造图/align靶场控制计算机通过PCL839运动控制卡将控制信号分解，传输给电机控制切换器自行研制，电机控制切换器细分控制信号地址信号和脉冲数，然后将电平信号以及相应的脉冲数送到目的电机，以驱动电机。3PCL839卡PCL839卡是研华公司提供的步进电机控制卡，能提供准确的控制脉冲，知足对步进电机的高精度和实时控制。该卡主要有以下性能特点：能同时独立对三轴步进电机进展控制，提供控制每轴的步进脉冲和转向信号;电机控制信号输出与开关信号输入全部采用光电隔离;提供1

5、6路输入输出TTL通道;全部功能与运动控制可由软件实现;中断输入可由跳接插头选择。4步进电机驱动设计4.1物理构造电机驱动器硬件信号逻辑如下：最多30个电机复用驱动通道1，包括：PULSE,DIR,EL+,EL-,ORG,FREE。4.2驱动控制软件设计电机对象类之间的关系如图2。MotionController:对PCL839卡封装;StepMotor:同MotionController是多对一的Client/Service关系。MotionController提供效劳队列，缓存StepMotor提交的命令申请;命令完成或者报警发生时，MotionController调用StepMotor提

6、供的报警方法。通过这种方式，StepMotor可以实现异步的效劳恳求。PCL839Service:StepMotor提交的命令申请被封装为PCL839Service。align=center图2电机对象类调用关系/align以下是3个重要类对象的设计：1PCL839Service。PCL839Service表示一个电机恳求命令。StepMotor产生该对象实例，在MotionController中保存，当任务完成后，StepMotor负责去除。在MotionController中，使用STLdeque保存PCL839Service。2MotionController。MotionControl

7、ler有以下运行参数：提供以下报警：lEnabled返回false;表示设备可能故障;lbool返回值false;表示设备可能故障;lBusy返回true;表示电机在运行。MotionController没有控制参数。MotionController没有实验数据。MoveAsStep的处理流程：1.StepMotor发出MoveAsStep恳求，2.PCL839将恳求排入队列;3.PCL839开场处理该恳求，首先调用StepMotor.SetReady;4.StepMotor.SetReady先设置运转参数，令电机Online,再令电机开场运转;5.PCL839发现电机停转后，令电机Offli

8、ne,再调用StepMotor.StepOver;6.PCL839从恳求队列中删除该恳求。Hold的处理流程：1.StepMotor发出Hold恳求，2.PCL839将恳求排入队列;3.PCL839开场处理该恳求，首先调用StepMotor.SetReady;4.StepMotor.SetReady先设置运转参数，令电机Online;5.StepMotor发出Release后，PCL839令电机Offline;6.PCL839从恳求队列中删除该恳求。3classStepMotor异步命令将产生PCL839Service,交由PCL839排队处理。假如完成PCL839将调用StepMotor的事

9、件处理函数。5系统软件设计软件操纵的简易可靠、界面的美观是软件设计的根本原那么。步进电机控制系统分为电机参数设置、电机选择、挪动步数设置、前进/后退/停顿四个步骤，为实现控制操纵的直观便捷，将整个靶场电机排布图提供应用户，用户操纵时直接点击需控制的电机，使得用户操纵更加直观便捷，图3为控制操纵界面。align=center图3步进电机控制系统软件/align步进电机在刚开场转动时，转动速度较慢，经过几个时间脉冲才能到达正常速度，因此要控制电机的转动速度，必须设置两个速度值：最低FL和最高FH。工程运用中，无论是靶丸的空间位置调节，还是光路的调节，都应该将步进电机当前转动步数剩余步数实时地反应给

10、用户，便于用户随时都可以根据靶丸和光路的情况对电机进展调节操纵前进/后退/停顿。研华PCL839步进电机驱动应用程序提供电机剩余脉冲数步数的查询接口，但经过测试发现反应数值误差较大，通太多次实验，最终将类MotionController的状态反应函数做了如下修改，主要代码：unsignedintr0;intstatus=Out_byte0,0x80;r0=In_byte1r0=In_byte2&0xFF256+r0;r0=In_byte3&0x365536+r0;小激光器实验系统有多台不同种类的步进电机需要控制。由工控机、PCL839运动控制卡以及自行研制的控制切换器相结合组成了硬件控制系统，

11、针对小激光器实验系统的详细要求，研制了特殊功能的控制软件，不仅能实现各种高精度定位、限位、自动轨迹等运动控制，还能知足靶场对步进电机的特殊控制要求，实现实时在线控制。参考文献References：1TaksshiKenjoandAkiraSugawara,“SteppingMotorsandTheirMicroprocessorControls,SecondEdition,OxfordUniversityPress,19942F.Betin,M.Deloizy,andC.Goeldel,“Closedloopcontrolofsteppingmotordrive:Comparisonbetwe

12、enPIDcontrol,selftuningregulationandfuzzylogiccontrol,Eur.PowerElectron.J.,vol.8,no.12,pp.3339,June1999.3胡金明,侯石柱等.电磁调速电机控制系统的优化及维护应用.微计算机信息,20026:4143.4刘少克,袁海洲,陆胜旺.步进电动机驱动的计算机控制方法J.电气传动自动化,20004:40-42.5L.J.Laginetal.,“TheOverviewoftheNationalIgnitionFacilityDistributedComputerControlSystem,ICALEPCS2001.6P.VanArsdallB.Reed,R.BettenhausenJ.Spann,F.HollowayJ.Wiedwald,M.Miller,“INTEGRATEDCOMPUTERCONTROLSYSTEM,UCRL-LR-105821-97-3.7S.M.YangandE.L.Kuo.“Dampingconmloftwo-phasehybridsteppingmotors,IEEETrammtiomonPowerElectronics,Vol.18,No.3,May2003.