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本節(jié)主要講解如何通過C#編寫程序調(diào)試ZMC432CL-V2的脈沖閉環(huán)功能。
一、ZMC432CL-V2產(chǎn)品簡介
ZMC432CL-V2高性能多軸運(yùn)動控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖型的獨(dú)立式運(yùn)動控制器，具備高速實(shí)時反饋功能，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)動控制。高精度定位，有效消除機(jī)械傳動誤差，滿足高精密加工場景應(yīng)用要求。
1.ZMC432CL-V2硬件功能
（1）豐富的運(yùn)動控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)等。
（2）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)。
（3）EtherCAT刷新周期最快達(dá)250us，滿足高速通信需求。
（4）支持4通道硬件比較輸出、硬件定時器、運(yùn)動中精準(zhǔn)輸出，適用于多通道視覺飛拍等場合。
（5）支持掉電檢測、掉電存儲，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。
（6）通過純國產(chǎn)IDE開發(fā)環(huán)境RTSys進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，可實(shí)時仿真、在線跟蹤以及診斷與調(diào)試，簡便易用，支持多種高級上位機(jī)語言聯(lián)合編程進(jìn)行二次開發(fā)。
ZMC432CL-V2產(chǎn)品介紹視頻點(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)動控制器ZMC432CL-V2。
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二、C#語言如何調(diào)用ZMotion的動態(tài)庫進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)
（一）新建WinForm項(xiàng)目并添加函數(shù)庫
1.在VS2010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Windows窗體應(yīng)用程序。
3.找到廠家提供的光盤資料里面的C#函數(shù)庫，路徑如下。
1）進(jìn)入廠商提供的光盤資料找到“04PC函數(shù)”文件夾，并點(diǎn)擊進(jìn)入。
2）選擇“01 PC函數(shù)庫V2.1”文件夾。
3）選擇“Windows平臺”文件夾。
4）選擇“C#”文件夾，里面有32位和64位的動態(tài)庫和例程。
4.將廠商提供的C#的庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目中。
1）將Zmcaux.cs文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目里面中。
2）將zauxdll.dll和zmotion.dll文件放入bin\debug文件夾中。
5.用vs打開新建的項(xiàng)目文件，在右邊的解決方案資源管理器中點(diǎn)擊顯示所有文件，然后鼠標(biāo)右擊Zmcaux.cs文件，點(diǎn)擊包括在項(xiàng)目中。
6.雙擊Form1.cs里面的Form1，出現(xiàn)代碼編輯界面，在文件開頭寫入using cszmcaux，并聲明控制器句柄g_handle。
三、PC函數(shù)介紹
1.PC函數(shù)手冊可在光盤資料查看，具體路徑如下。
2.控制器/卡接口之鏈接控制器，獲取鏈接句柄。
3.萬能指令之在線命令。
有一些使用頻率較低的Basic指令我們沒有封裝到上位機(jī)的輔助庫中，如果用戶上位機(jī)需要調(diào)用對應(yīng)的Basic指令的話，可以通過在線命令自行進(jìn)行相關(guān)指令封裝。
四、C#編寫例程調(diào)試ZMC432CL-V2的脈沖閉環(huán)功能
1.通過在線命令封裝脈沖閉環(huán)功能對應(yīng)的上位機(jī)接口。
（1）右擊【項(xiàng)目】→【添加】→【新建項(xiàng)】→【新建C#類】，這里新建了一個MyFullCloseLoop的C#類。
（2）查詢Basic對應(yīng)指令的使用說明，封裝一個設(shè)置軸比例增益的上位機(jī)接口。
/// <summary>
/// 設(shè)置軸的比例增益
/// </summary>
/// <param name="handle">連接句柄</param>
/// <param name="iaxis">軸號</param>
/// <param name="fValue">比例增益P的值</param>
/// <returns>錯誤碼</returns>
public int ZAux_Direct_SetPGain(IntPtr handle, int iaxis, float fValue)
{
String cmdbuff; //定義命令字符串
//判斷軸數(shù)是否超標(biāo)
StringBuilder cmdbuffAck = new StringBuilder(1024);
if (iaxis > MAX_AXIS_AUX)
{
return ERR_AUX_PARAERR;
}
//生成命令，根據(jù)Basic指令的用法格式去拼接命令字符串
cmdbuff = string.Format("P_Gain({0}) = {1}", iaxis, fValue);
//調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
return zmcaux.ZAux_DirectCommand(handle, cmdbuff, cmdbuffAck, 2048);
}
（3）查詢Basic對應(yīng)指令的使用說明，封裝一個獲取軸比例增益的上位機(jī)接口。
/// <summary>
/// 獲取軸的比例增益
/// </summary>
/// <param name="handle">連接句柄</param>
/// <param name="iaxis">軸號</param>
/// <param name="fValue">獲取的軸比例增益P的值</param>
/// <returns>錯誤碼</returns>
public int ZAux_Direct_GetPGain(IntPtr handle, int iaxis, ref float fValue)
{
String cmdbuff; //定義命令字符串
StringBuilder cmdbuffAck = new StringBuilder(1024); //定義接受返回的結(jié)果字符串
//判斷軸數(shù)是否超標(biāo)
if (iaxis > MAX_AXIS_AUX)
{
return ERR_AUX_PARAERR;
}
//生成命令 ?類似于C的printf指令，用于打印，打印出來的字符串通過cmdbuffAck去接收
cmdbuff = string.Format("?P_Gain({0}) ", iaxis);
//調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
int iresult = zmcaux.ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck, 2048);
if (ERR_OK != iresult)
{
return iresult;
}
//解析返回的字符串
if (cmdbuffAck.Length == 0)
{
return ERR_NOACK;
}
else
{
fValue = float.Parse(cmdbuffAck.ToString());
}
return ERR_OK;
}
（4）封裝好的脈沖閉環(huán)功能相關(guān)的上位機(jī)接口。
2.C#閉環(huán)功能的測試?yán)痰木帉憽?/strong>
（1）脈沖閉環(huán)測試?yán)探缑娴脑O(shè)計(jì)。
（2）【連接】按鈕如何連接控制器。
int Err = 0; //接口返回的錯誤碼
int LinkMode = 2; //FastOpen接口連接類型的介紹 1-COM 2-ETH 4-PCI 5-LOCAL
Err = zmcaux.ZAux_FastOpen(LinkMode, Buffer, 2000, out g_handle);
if (Err == 0)
{
// 修改按鈕文字
LinkStatus.Text = "鏈接狀態(tài)：OK";
// 修改按鈕背景色
LinkStatus.BackColor = Color.FromArgb(192, 255, 192);
//相關(guān)參數(shù)初始化
AxisParaSet();
//進(jìn)行PID參數(shù)的初始化
PidParaSet();
//打開定時器
Timer.Start();
}
else
{
// 修改按鈕文字
LinkStatus.Text = "鏈接狀態(tài)：Ng";
// 修改按鈕背景色
LinkStatus.BackColor = Color.FromArgb(255, 192, 192);
//關(guān)閉定時器
Timer.Stop();
}
（3）【更新PID參數(shù)】按鈕如何打開和關(guān)閉脈沖閉環(huán)功能，如何更新PID參數(shù)。
//將上位機(jī)設(shè)置的PID參數(shù)更新到控制器
private int PidParaSet()
{
float TempFloat = 0;
float TempDpos = 0, TempMpos = 0;
bool TempInt = false;
MyFullClosedLoop CloseLoop = new MyFullClosedLoop();
String CompareStr = "閉環(huán)已開";
String TempStr = IsClosedLoop.Text;
//打開全閉環(huán)去控制軸運(yùn)動
if (TempStr == CompareStr)
{
//獲取軸位置，如果DPOS和MPOS相差太大不能打開脈沖閉環(huán),保證安全
zmcaux.ZAux_Direct_GetDpos(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempDpos);
zmcaux.ZAux_Direct_GetMpos(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempMpos);
if ((TempDpos - TempMpos) > 4 || (TempDpos - TempMpos < -4))
{
Console.WriteLine("規(guī)劃位置和反饋位置相差太大，無法啟動閉環(huán)功能�。。�！");
return -1;
}
//更新比例增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetPGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaP.Text));
//更新積分增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetIGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaI.Text));
//更新微分增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetDGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaD.Text));
//更新速度前饋增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetVffGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaVF.Text));
//更新加速度前饋增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetAffGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaAF.Text));
//更新速度增益
CloseLoop.ZAux_Direct_SetOvGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaOV.Text));
//注意：在打開servo之前打開encoder_servo后要完成一次atype由0變?yōu)?的切換，否則會報(bào)axis:0 config not support Servo.
//1、先打開axis_enable 和 encoder_servo
zmcaux.ZAux_Direct_SetAxisEnable(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
Thread.Sleep(20);
CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
if (TempInt)
{
//2、完成一次Atype由0變?yōu)?的切換
zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
Thread.Sleep(20);
zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
//3、打開Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
Thread.Sleep(10);
CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
if (TempInt)
{
Console.WriteLine("閉環(huán)參數(shù)配置完成, 軸全閉環(huán)功能打開成功。");
}
else
{
Console.WriteLine("軸閉環(huán)開關(guān)Servo打開失敗, 導(dǎo)致脈沖全閉環(huán)開啟失敗�。�！");
return -1;
}
}
else
{
Console.WriteLine("軸編碼器閉環(huán)EncoderServo打開失敗, 導(dǎo)致脈沖全閉環(huán)開啟失敗�。�！");
return -1;
}
}
else
{
//關(guān)閉全閉環(huán)的功能
//1、關(guān)閉EncoderServo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
Thread.Sleep(20);
CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
if (TempInt)
{
Console.WriteLine("軸EncoderServo關(guān)閉失�。。。�");
return -1;
}
//2、關(guān)閉EncoderServo后需要完成ATYPE的切換，保證完全關(guān)閉閉環(huán)功能
zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
Thread.Sleep(10);
zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
//3、關(guān)閉Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
Thread.Sleep(20);
CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
if (TempInt)
{
Console.WriteLine("軸Servo關(guān)閉失敗�。�！");
return -1;
}
}
return 0;
}
（4）【更新軸參數(shù)】按鈕如何完成軸參數(shù)的更新。
//更新軸參數(shù)
private void AxisParaSet()
{
//設(shè)置最大隨動誤差FE_LIMIT
zmcaux.ZAux_Direct_SetFeLimit(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 500);
//更新編碼器齒輪比 （如果發(fā)N個脈沖，實(shí)際編碼器反饋M個脈沖，編碼器齒輪比要設(shè)置成 N/M）
zmcaux.ZAux_Direct_EncoderRatio(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), int.Parse(EncoderRatioMol.Text), int.Parse(EncoderRatioDenom.Text));
//更新脈沖當(dāng)量，一般脈沖當(dāng)量設(shè)置成機(jī)臺運(yùn)動1mm需要的脈沖數(shù)
zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaUnits.Text));
//全閉環(huán)的功能需要把ATYPE設(shè)置成4
zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
//更新速度
zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaSpeed.Text));
//更新加速度、減速度
zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaAccel.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetDecel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaDecel.Text));
StringBuilder Buff = new StringBuilder(512);
//是否啟用SS曲線
if (CurveIsSS.Checked)
{
//啟用SS曲線,VP_MODE模式設(shè)置成7即可
//上位機(jī)舊庫沒有現(xiàn)成設(shè)置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能接口
string CmdBuff = string.Format("VP_MODE({0}) = 7 ", int.Parse(AxisId.Text));
zmcaux.ZAux_DirectCommand(g_handle, CmdBuff, Buff, 512);
}
else
{
//啟用S曲線,VP_MODE模式設(shè)置成0即可
//上位機(jī)舊庫沒有現(xiàn)成設(shè)置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能接口
string CmdBuff = string.Format("VP_MODE({0}) = 0 ", int.Parse(AxisId.Text));
zmcaux.ZAux_DirectCommand(g_handle, CmdBuff, Buff, 512);
//S曲線模式，S曲線時間sramp是有效果的，需要設(shè)置一下
zmcaux.ZAux_Direct_SetSramp(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaSramp.Text));
}
}
（5）【手動】按鈕如何控制脈沖軸的點(diǎn)動與寸動。
//X-鼠標(biāo)按下
private void ButtonHangRev_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
if (IsInchMode.Checked)
{
//寸動運(yùn)動
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Move(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), -1 * float.Parse(InchDis.Text));
}
else
{
//手動運(yùn)動
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), -1);
}
}
//X-鼠標(biāo)松開
private void ButtonHangRev_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
if (IsInchMode.Checked == false)
{
//手動運(yùn)動停止
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 2);
}
}
//X+鼠標(biāo)按下
private void ButtonHangFwd_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
if (IsInchMode.Checked)
{
//寸動運(yùn)動
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Move(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1 * float.Parse(InchDis.Text));
}
else
{
//手動運(yùn)動
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
}
}
//X+鼠標(biāo)松開
private void ButtonHangFwd_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
if (IsInchMode.Checked == false)
{
//手動運(yùn)動停止
zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 2);
}
}
五、通過RTSys的示波器對比開環(huán)控制和全閉環(huán)控制的情況
示波器的使用可以參考正運(yùn)動小助手的歷史推文《運(yùn)動控制看的更清楚細(xì)致！RTSys示波器功能簡介 (qq.com)》。
1.開環(huán)控制情況分析
測試發(fā)現(xiàn)：步進(jìn)驅(qū)動器的開環(huán)控制，運(yùn)動過程中隨動誤差（規(guī)劃位置和光柵尺反饋位置的差值）一直維持在0.02個用戶單位左右（這里一個用戶單位即一個UNITS設(shè)置的是1mm），當(dāng)運(yùn)動結(jié)束時光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也不相等，大概差了0.0015個用戶單位，折算為脈沖數(shù)是0.0015*用戶單位=3個脈沖。
2.閉環(huán)控制情況分析
測試發(fā)現(xiàn)：步進(jìn)驅(qū)動器的閉環(huán)控制，運(yùn)動過程中隨動誤差（規(guī)劃位置和光柵尺反饋位置的差值）除了啟動和停止以外大部分保持在0個脈沖當(dāng)量左右，相比較開環(huán)控制有較大的提升，當(dāng)運(yùn)動結(jié)束時光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也是相等的。
六、總結(jié)
1.啟用控制器閉環(huán)的時候注意要在打開encoder_servo后，打開servo之前要完成一次ATYPE從0到4的切換，這樣才可以正常打開控制器閉環(huán)的功能。
2.啟用控制器閉環(huán)同時還需要打開單軸使能axis_enable，這樣才能保證控制器閉環(huán)的正常啟用。
3.為保證控制器閉環(huán)功能的完全關(guān)閉，在關(guān)閉ENCODER_SERVO后需要完成一次 ATYPE從0到4的切換，這樣才能保證控制器閉環(huán)功能完全關(guān)閉。
4.教學(xué)視頻可點(diǎn)擊→“步進(jìn)的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動控制器ZMC432CL-V2（三）：C#編程調(diào)試”查看。
完整代碼獲取地址
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本次，正運(yùn)動技術(shù)步進(jìn)的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運(yùn)動控制器ZMC432CL-V2（三）：C#編程調(diào)試，就分享到這里。
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正運(yùn)動技術(shù)專注于運(yùn)動控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運(yùn)動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運(yùn)動控制核心技術(shù)和實(shí)時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動控制卡_運(yùn)動控制器_EtherCAT運(yùn)動控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動控制PLC_運(yùn)動控制_機(jī)器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動控制卡等。
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