今天，正運(yùn)動(dòng)小助手給大家分享一下步進(jìn)控制的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2的二維螺距補(bǔ)償?shù)墓δ艿尿?yàn)證。

更多關(guān)于ZMC432CL-V2運(yùn)動(dòng)控制器的詳情點(diǎn)擊→步進(jìn)控制的光柵尺全閉環(huán)解決方案：32軸EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器ZMC432CL-V2查看。

01 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ZMC432CL-V2高性能多軸運(yùn)動(dòng)控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖型的獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器，具備高速實(shí)時(shí)反饋功能，支持脈沖全閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高響應(yīng)速度的運(yùn)動(dòng)控制。高精度定位，有效消除機(jī)械傳動(dòng)誤差，滿足高精密加工場(chǎng)景應(yīng)用要求。

ZMC432CL-V2硬件功能：

豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)等。

硬件接口豐富：支持脈沖軸（帶編碼器反饋）和EtherCAT總線軸，具備24路輸入和12路輸出的通用IO，部分為高速IO，2路模擬量輸出(DA)。

EtherCAT刷新周期最快達(dá)250us，滿足高速通信需求。

支持4通道硬件比較輸出、硬件定時(shí)器、運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)輸出，適用于多通道視覺飛拍等場(chǎng)合。

支持掉電檢測(cè)、掉電存儲(chǔ)，多種程序加密方式，能夠有效防止系統(tǒng)故障，保護(hù)項(xiàng)目工程文件數(shù)據(jù)，并提高系統(tǒng)的可靠性。

通過純國(guó)產(chǎn)IDE開發(fā)環(huán)境RTSys進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，可實(shí)時(shí)仿真、在線跟蹤以及診斷與調(diào)試，簡(jiǎn)便易用，支持多種高級(jí)上位機(jī)語言聯(lián)合編程進(jìn)行二次開發(fā)。

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02 硬件接口

03 硬件接線

1.數(shù)字量輸入口IN接線

圖1 輸入口通用接線圖

圖2 輸入口單端編碼器接線圖

2.數(shù)字量輸出口接線

圖3 輸出口通用接線圖

圖4 輸出口單端脈沖軸接線圖

04 控制器開發(fā)

1.PC開發(fā)

支持以下語言進(jìn)行開發(fā)，我們所有的開發(fā)語言和所有控制器提供的都是同一套API接口。

2.脫機(jī)開發(fā)

使用自主自研的IDE RTSys進(jìn)行開發(fā)，支持Basic、梯形圖開發(fā)。

05 二維螺距補(bǔ)償應(yīng)用場(chǎng)景

06 二維螺距補(bǔ)償指令說明

正運(yùn)動(dòng)二維螺距補(bǔ)償指令使用的注意點(diǎn)：

1.必須先設(shè)置ATYPE，然后設(shè)置補(bǔ)償；修改ATYPE時(shí)，必須先關(guān)閉補(bǔ)償！

2.設(shè)置補(bǔ)償時(shí)，軸要位于IDLE的停止?fàn)顟B(tài)！

3.開始補(bǔ)償點(diǎn)的坐標(biāo)填寫的是軸的MPOS坐標(biāo)！

4.帶編碼器反饋的軸類型，不同位置補(bǔ)多少個(gè)脈沖，是根據(jù)編碼器位置確定脈沖補(bǔ)償?shù)膫€(gè)數(shù)的，所以一定要保證編碼器的反饋是正確的！

5.機(jī)臺(tái)斷使能前，需先關(guān)掉二維螺距補(bǔ)償功能，否則如果斷使能的情況下機(jī)臺(tái)有移動(dòng)，會(huì)造成dpos跟mpos的數(shù)據(jù)對(duì)不上。

6.如下圖假設(shè)開始補(bǔ)償點(diǎn)是坐標(biāo)系的原點(diǎn)，補(bǔ)償間距分別是【DisX,DisY】補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)是【4*4】的話，螺距補(bǔ)償表存儲(chǔ)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)就是以下【點(diǎn)1】到【點(diǎn)16】的位置下的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。

07 二維螺距算法通過Basic編程快速驗(yàn)證效果

假設(shè)工況1：X軸和Y軸的絲桿螺距正常，但X軸和Y軸安裝不垂直，假設(shè)安裝夾角是135度。

步驟一：
規(guī)劃開始補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償間距，補(bǔ)償?shù)男袛?shù)和列數(shù)。

'初始化二維螺距補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)參數(shù)TableId = 1000
'補(bǔ)償數(shù)據(jù)的Table起始點(diǎn)StartMposX = 0
'X軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢肧tartMposY = 0
'Y軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢肈isX = 0.5
'X軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距DisY = 0.5
'Y軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距ColNumX = 50
'X軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)RowlNumY = 50
'Y軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)

步驟二：
根據(jù)該工況的測(cè)試環(huán)境，計(jì)算各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的X方向和Y方向的改補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)，并更新到TABLE。

'更新該工況下二維補(bǔ)償表的TABLE數(shù)據(jù)
FOR i=0 to RowlNumY-1
  '先按行填寫該行的每一列的數(shù)據(jù)
  FOR j=0 to ColNumX-1
    '【工況一：XY軸螺距正常，但X軸和Y軸安裝不垂直，假設(shè)安裝夾角是135度】
    '一定是先運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)償點(diǎn)位位置然后通過其他定位方式(如視覺)實(shí)際定位出來的差值
    IF i=0 and j=0 THEN
      Angle=135 'X軸和Y軸的安裝夾角
    ENDIF
    LOCAL ActPosX,ActPosY		'實(shí)際位置
    '計(jì)算實(shí)際位置
    ActPosX = 1 + (COS(Angle*PI/180))
	  ActPosY = (SIN(Angle*PI/180))
    '計(jì)算各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)需要補(bǔ)償?shù)腦和Y方向的脈沖數(shù)
    Table(TableId+2*(i*ColNumX+j))  = DisX*(1+i)*(1- ActPosX) * UNITS(AxisX)
    Table(TableId+2*(i*ColNumX+j)+1) = DisY*(1+i)*(1- ActPosY) * UNITS(AxisY)
  NEXT
NEXT

步驟三：
調(diào)用二維螺距補(bǔ)償指令啟用二維螺距補(bǔ)償功能。

'開始2D螺距補(bǔ)償
WAIT IDLE
PITCH2SET(1,StartMposX ,StartMposY,,DisX,DisY,ColNumX,RowlNumY,TableId)

步驟四：
發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，根據(jù)實(shí)際的編碼器反饋來驗(yàn)證控制器實(shí)際上發(fā)的脈沖數(shù)是否正確。

'開始運(yùn)動(dòng)
MoveTest(1,1.1,RunMode)
MoveTest(2,1.1,RunMode)
MoveTest(2,2.1,RunMode)

步驟五：
驗(yàn)證效果。（PS：x軸和Y軸的脈沖當(dāng)量均設(shè)置的是100000）

根據(jù)以上數(shù)據(jù)啟用二維螺距補(bǔ)償功能后，我們可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)【1,1,1】時(shí)，X軸和Y軸理論上補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)分別是109999.9999個(gè)脈沖和45563.49186個(gè)脈沖，根據(jù)實(shí)際編碼器的反饋值發(fā)現(xiàn)X軸和Y軸實(shí)際補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)分別是109999個(gè)脈沖和45563個(gè)脈沖，因?yàn)槊}沖個(gè)數(shù)是整數(shù)，所以二維螺距補(bǔ)償功能正常。

假設(shè)工況2：XY軸的螺距均有異常需要補(bǔ)償，但X軸和Y軸安裝是垂直的。

假設(shè)X軸的激光干涉儀數(shù)據(jù)如下：

'運(yùn)動(dòng)到1mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是0.9mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.1*units

'運(yùn)動(dòng)到2mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是1.8mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.2*units

'運(yùn)動(dòng)到3mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是2.7mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.3*units

'Y軸絲桿工況和X軸絲桿工況類似

步驟一：
規(guī)劃起始補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償間距，補(bǔ)償?shù)男袛?shù)和列數(shù)。

'初始化二維螺距補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)參數(shù)
TableId = 1000 '補(bǔ)償數(shù)據(jù)的Table起始點(diǎn)
StartMposX = 0 'X軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢?StartMposY = 0 'Y軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢?DisX = 0.5 'X軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距
DisY = 0.5 'Y軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距
ColNumX = 50 'X軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)
RowlNumY = 50 'Y軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)

步驟二：
根據(jù)該工況的測(cè)試環(huán)境，計(jì)算各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的X方向和Y方向的改補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)，并更新到TABLE。

'假設(shè)X軸的激光干涉儀數(shù)據(jù)如下：
'運(yùn)動(dòng)到1mm處，激光干涉儀實(shí)際是0.9mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.1*units
'運(yùn)動(dòng)到2mm處，激光干涉儀實(shí)際是1.8mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.2*units
'運(yùn)動(dòng)到3mm處，激光干涉儀實(shí)際是2.7mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.3*units
'Y軸絲桿工況和X軸絲桿工況類似
'更新該工況下二維補(bǔ)償表的TABLE數(shù)據(jù)
FOR i=0 to RowlNumY-1
  '先按行填寫該行的每一列的數(shù)據(jù)
  FOR j=0 to ColNumX-1
  '【實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)到1mm處補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)不是0.1*units,是因?yàn)樗惴òl(fā)現(xiàn)發(fā)0.1*units實(shí)際跑到不是0.1mm,發(fā)0.1111*units才跑0.1mm】
    Table(TableId+2*(i*ColNumX+j)) = DisX*(j+1)*0.1*UNITS(AxisX)
    Table(TableId+2*(i*ColNumX+j)+1) = DisY*(i+1)*0.1*UNITS(AxisY)
  NEXT
NEXT

步驟三：
調(diào)用二維螺距補(bǔ)償指令啟用二維螺距補(bǔ)償功能。

'開始2D螺距補(bǔ)償
WAIT IDLE
PITCH2SET(1,StartMposX ,StartMposY,,DisX,DisY,ColNumX,RowlNumY,TableId)

步驟四：
發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，根據(jù)實(shí)際的編碼器反饋來驗(yàn)證控制器實(shí)際上發(fā)的脈沖數(shù)是否正確。

'開始運(yùn)動(dòng)
MoveTest(1,1,RunMode)
MoveTest(2,1,RunMode)
MoveTest(2,2,RunMode)

步驟五：
驗(yàn)證效果。（PS：x軸和Y軸的脈沖當(dāng)量均設(shè)置的是100000）
根據(jù)以上數(shù)據(jù)啟用二維螺距補(bǔ)償功能后，我們可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)【1,1】時(shí)，X軸和Y軸理論上補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)分別是11111.11108個(gè)脈沖和11111.11108個(gè)脈沖，根據(jù)實(shí)際編碼器的反饋值發(fā)現(xiàn)X軸和Y軸實(shí)際補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)分別是11110個(gè)脈沖和11110個(gè)脈沖，這里理論補(bǔ)償值和實(shí)際補(bǔ)償值誤差在1個(gè)脈沖我們認(rèn)為二維螺距補(bǔ)償功能是正常的。

假設(shè)工況3：X軸和Y軸的絲桿螺距均有異常需要補(bǔ)償，且X軸和Y軸的安裝夾角是135度。

假設(shè)X軸的激光干涉儀數(shù)據(jù)如下：

'運(yùn)動(dòng)到1mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是0.9mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.1*units

'運(yùn)動(dòng)到2mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是1.8mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.2*units

'運(yùn)動(dòng)到3mm處，激光干涉儀打出來實(shí)際是2.7mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.3*units

'Y軸絲桿工況和X軸絲桿工況類似

步驟一：
規(guī)劃起始補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償間距，補(bǔ)償?shù)男袛?shù)和列數(shù)。

'初始化二維螺距補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)參數(shù)
TableId = 1000 '補(bǔ)償數(shù)據(jù)的Table起始點(diǎn)
StartMposX = 0 'X軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢?StartMposY = 0 'Y軸開始補(bǔ)償?shù)奈恢?DisX = 0.5 'X軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距
DisY = 0.5 'Y軸方向補(bǔ)償?shù)拈g距
ColNumX = 50 'X軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)
RowlNumY = 50 'Y軸方向補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)

步驟二：
根據(jù)該工況的測(cè)試環(huán)境，計(jì)算各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的X方向和Y方向的改補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)，并更新到TABLE。

'假設(shè)X軸的激光干涉儀數(shù)據(jù)如下：
'運(yùn)動(dòng)到1mm處，激光干涉儀實(shí)際是0.9mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.1*units
'運(yùn)動(dòng)到2mm處，激光干涉儀實(shí)際是1.8mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.2*units'運(yùn)動(dòng)到3mm處，激光干涉儀實(shí)際是2.7mm處，所以需要補(bǔ)償?shù)拿}沖 = 0.3*units
'Y軸工況和X軸工況類似
'更新該工況下二維補(bǔ)償表的TABLE數(shù)據(jù)
FOR i=0 to RowlNumY-1
  '先按行填寫該行的每一列的數(shù)據(jù)
  FOR j=0 to ColNumX-1
  '【工況三：XY軸螺距異常，XY的夾角是135度】
  'X軸螺距有問題，實(shí)際是10000個(gè)脈沖跑0.5mm
  'Y軸螺距也有問題，實(shí)際是10000個(gè)脈沖跑0.9mm
  IF i=0 and j=0 THEN
    Angle=135'XY軸的安裝夾角
  ENDIF
  LOCAL ActPosX,ActPosY '實(shí)際位置
  'X軸補(bǔ)償數(shù)據(jù)
  ActPosX = 0.5*(j+1)+ (i+1)*0.9*(COS(Angle*PI/180))
  Table(TableId+2*(i*ColNumX+j)) = DisX*((1+j)-ActPosX)*UNITS(AxisX)
  'Y軸補(bǔ)償數(shù)據(jù)
  ActPosY = 0.9*(SIN(Angle*PI/180))
  Table(TableId+2*(i*ColNumX+j)+1) = DisY*(1+i)*(1- ActPosY)*UNITS(AxisY)
  NEXT
NEXT

步驟三：
調(diào)用二維螺距補(bǔ)償指令啟用二維螺距補(bǔ)償功能。

'開始2D螺距補(bǔ)償
WAIT IDLE
PITCH2SET(1,StartMposX ,StartMposY,DisX,DisY,ColNumX,RowlNumY,TableId)

步驟四：
發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，根據(jù)實(shí)際的編碼器反饋來驗(yàn)證控制器實(shí)際上發(fā)的脈沖數(shù)是否正確。

'開始運(yùn)動(dòng)
MoveTest(1,1,RunMode)
MoveTest(2,1,RunMode)
MoveTest(2,2,RunMode)

步驟五：
驗(yàn)證效果。（PS：x軸和Y軸的脈沖當(dāng)量均設(shè)置的是100000）
根據(jù)以上數(shù)據(jù)啟用二維螺距補(bǔ)償功能后，運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)【1,1】時(shí)，根據(jù)實(shí)際發(fā)的脈沖數(shù)推算出實(shí)際運(yùn)動(dòng)的位置是【0.99999,0.99999】和【1,1】的脈沖誤差也是在一個(gè)脈沖以內(nèi)，所以二維螺距補(bǔ)償功能正常。

MoveTest函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

GLOBAL SUB MoveTest(Pos1,Pos2,RunMode)
  MOVEABS(Pos1,Pos2)
  DELAY(1500)
  ?"運(yùn)動(dòng)前編碼器數(shù)據(jù)",TempVarX,TempVarY
  ?"運(yùn)動(dòng)后坐標(biāo)：【"+TOSTR(Pos1,4,1)+","+TOSTR(Pos2,4,1)+"】，當(dāng)前XY軸的ENCODER:",ENCODER(AxisX),ENCODER(AxisY)
  ?"X軸實(shí)際補(bǔ)償值",ENCODER(AxisX)-TempVarX-DPOS(AxisX)*UNITS(AxisX)
  ?"Y軸實(shí)際補(bǔ)償值",ENCODER(AxisY)-TempVarY-DPOS(AxisY)*UNITS(AxisY)
  IF RunMode=0 THEN '工況1
    ?"X軸理論補(bǔ)償值",-POS2*(COS(Angle*pi/180)/SIN(Angle*pi/180))*UNITS(AxisX),'"和實(shí)際有差值，可能是脈沖當(dāng)量的問題"
    ?"Y軸理論補(bǔ)償值",POS2*(1/(SIN(Angle*pi/180)) -1)*UNITS(AxisY),'"和實(shí)際有差值，可能是脈沖當(dāng)量的問題"
  ELSEIF RunMode=1 THEN '工況2
    ?"X軸理論補(bǔ)償值",POS1*0.1/0.9*UNITS(AxisX),'"和實(shí)際有差值，可能是脈沖當(dāng)量的問題"
    ?"Y軸理論補(bǔ)償值",POS2*0.1/0.9*UNITS(AxisY),'"和實(shí)際有差值，可能是脈沖當(dāng)量的問題"
  ELSEIF RunMode=2 THEN '工況3
    ?"X軸理論停止位：",((ENCODER(AxisX)-TempVarX)*0.5 +(ENCODER(AxisY)-TempVarY)*0.9*COS(Angle*pi/180))/UNITS(AxisX)
    ?"Y軸理論停止位：",((ENCODER(AxisY)-TempVarY)*0.9*SIN(Angle*pi/180))/UNITS(AxisX)
  ENDIF
ENDSUB

08

二維螺距補(bǔ)償功能現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)

客戶有一個(gè)激光切割機(jī)的機(jī)臺(tái)需要使用二維螺距補(bǔ)償指令來解決機(jī)臺(tái)在不同位置受力不同機(jī)臺(tái)形變不同導(dǎo)致的精度丟失問題。

步驟一：
以軸的MPOS坐標(biāo)【0,0】作為二維補(bǔ)償?shù)拈_始補(bǔ)償?shù)奈恢谩?/strong>

startposx=0 '開始補(bǔ)償點(diǎn)X坐標(biāo)
startposy=0 '開始補(bǔ)償點(diǎn)Y坐標(biāo)
disonex=40 'X軸的補(bǔ)償點(diǎn)間距
disoney=40 'Y軸的補(bǔ)償點(diǎn)間距
maxpointx=4 'X軸方向補(bǔ)償點(diǎn)列數(shù)
maxpointy=4 'Y軸方向補(bǔ)償點(diǎn)行數(shù)
tableindex=1000 '存儲(chǔ)補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)據(jù)的TABLE起始地址

DIM i,j '
更新二維螺距補(bǔ)償表
For i=0 to maxpointy-1
  For j=0 to maxpointx-1
    TABLE(tableindex+2*(j+i*maxpointx)) = UNITS(0)*((40+40*j) - TABLE(tableindex+2*(j+i*maxpointx)))
    TABLE(tableindex+2*(j+i*maxpointx)+1) = UNITS(1)*((40+40*i) - TABLE(tableindex+2*(j+i*maxpointx)+1))
  NEXT
NEXT

'啟用二維螺距補(bǔ)償
PITCH2SET(enable,startposx,startposy,disonex,disoney,maxpointx,maxpointy,tableindex)

'開始運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是否補(bǔ)償成功
MOVEABS(40,40)
WAIT IDLE
DELAY(500)
?"當(dāng)前坐標(biāo):",MPOS(0),MPOS(1)
?"編碼器原始值:",MPOS_ORI(0),MPOS_ORI(1)
?"補(bǔ)償值：",PITCH2_DIST(0),PITCH2_DIST(1)
MOVEABS(80,80)
WAIT IDLE
DELAY(1000)
?"當(dāng)前坐標(biāo):",MPOS(0),MPOS(1)
?"編碼器原始值:",MPOS_ORI(0),MPOS_ORI(1)
?"補(bǔ)償值：",PITCH2_DIST(0),PITCH2_DIST(1)
MOVEABS(120,120)
WAIT IDLE
DELAY(1000)
?"當(dāng)前坐標(biāo):",MPOS(0),MPOS(1)
?"編碼器原始值:",MPOS_ORI(0),MPOS_ORI(1)
?"補(bǔ)償值：",PITCH2_DIST(0),PITCH2_DIST(1)