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本節(jié)主要講解如何通過Python編程調(diào)試ZMC432CL-V2的脈沖閉環(huán)功能。
ZMC432CL-V2高性能多軸運動控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖型的獨立式運動控制器，具備高速實時反饋功能，支持脈沖全閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高響應(yīng)速度的運動控制。高精度定位，有效消除機械傳動誤差，滿足高精密加工場景應(yīng)用要求。
ZMC432CL-V2硬件功能特性：
1.豐富的運動控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補等。
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、運動中精準輸出，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，保護項目工程文件數(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進行項目開發(fā)，可實時仿真、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語言聯(lián)合編程進行二次開發(fā)。
更多關(guān)于ZMC432CL-V2詳情介紹點擊→步進控制的光柵尺全閉環(huán)解決方案：32軸EtherCAT總線運動控制器ZMC432CL-V2。
Python語言如何調(diào)用ZMotion的動態(tài)庫進行項目開發(fā)
此案例Python開發(fā)環(huán)境
操作系統(tǒng)環(huán)境 ：Win11_64位
Python版本：python-3.10.10-amd64.exe
Pycharm版本：pycharm-community-2024.1.3.exe
一.python開發(fā)前對環(huán)境、解析器進行配置。
1.安裝漢化包：點擊file→setting→plugins，然后搜索Chinese中文包。
2.python解析器安裝Pyside2軟件包（QT庫）：File→Settings→Project pythonProject。
3.配置自定義控件：File→Settings→Tools→External Tools點擊+新增自定義工具。
自定義QtDesigner
目的：用于生成.ui文件
Name：QtDesigner
Group：Qt
Program：PySide2安裝路徑下的 designer.exe 路徑
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-designer.exe
Working directory：$ProjectFileDir$
自定義Pyside2-uic
目的：將制作好的.ui文件轉(zhuǎn)化為.py文件
Name：Pyside2-uic
Group：Qt
Program：Python安裝目錄下Scripts\pyside2-uic.exe
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-uic.exe
Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$.py
Working directory：$FileDir$
自定義Pyside2-rcc
目的：將圖片文件轉(zhuǎn)化為.py文件
Name：Pyside2-rcc
Group：Qt
Program：Python安裝目錄下Scripts\pyside2-rcc.exe
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-rcc.exe
Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$_rc.py
Working directory：$FileDir$
4.配置好自定義控件后，后續(xù)可以直接在pycharm菜單中使用。
二.python+Qt進行項目創(chuàng)建與UI設(shè)置、添加ZMotion動態(tài)庫。
1.新建項目：文件→新建項目。
2.UI設(shè)置界面。
（1）進入項目ui設(shè)置界面：工具→Qt→QtDesigner。
（2）設(shè)置項目Ui:通過拖動控件到界面設(shè)置ui。
（3）ui設(shè)置完后保存文件：文件→保存。
3.python運行UI。
（1）添加UI運行的python文件：選中項目右鍵→新建→Python File。
（2）Ui_Weiget文件里面添加UI處理的類。
from PySide2.QtCore import QFile
from PySide2.QtUiTools import QUiLoader
class UiInterFace:
def __init__(self):
# 從文件中加載UI定義
q_state_file = QFile("mainWeiget.ui")
q_state_file.open(QFile.ReadOnly)
q_state_file.close()
# 從 UI 定義中動態(tài) 創(chuàng)建一個相應(yīng)的窗口對象
self.ui = QUiLoader().load(q_state_file)
（3）同步驟（1）添加主運行python文件Main，并添加主入口運行函數(shù)。
from PySide2.QtWidgets import QApplication
from Ui_Weiget import UiInterFace
if __name__ == "__main__":
app = QApplication([]) #加載所有控件
ui_interface = UiInterFace() #創(chuàng)建窗體對象
ui_interface.ui.show() #主窗口的控件，全部顯示在界面上
app.exec_() #進入QApplication的事件處理循環(huán)
（4）此時在Main文件點擊運行按鈕，可以運行程序顯示UI界面。
4.添加庫文件、庫函數(shù)封裝的Python文件。
（1）找到廠家提供的光盤資料里面的python函數(shù)庫，路徑如下（64位庫為例）。
a.進入廠商提供的光盤資料找到“04PC函數(shù)\01PC函數(shù)庫V2.1\windows平臺\Python”文件夾，據(jù)需要選擇對應(yīng)的函數(shù)庫，這里選擇64位庫。
b.進入“64位”后打開文件夾“Python64”找到“dll庫文件”與“zmcdll”。
（2）將廠商提供的python的庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項目中。
a.進入“dll庫文件”選中zauxdll.dl，zmotion.dll兩個文件復(fù)制到項目中。
b.進入“zmcdll”選中zauxdllPython.py文件復(fù)制到項目中。
c.把對應(yīng)的庫文件與封裝的運動Python文件粘貼到項目中后。
（3）進入ui的python文件在文件開頭處導(dǎo)入zauxdllPython文件的ZAUXDLL類，并在界面類中創(chuàng)建ZAUXDLL對象。
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.連接控制器。
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的輔助庫中，如果用戶上位機需要調(diào)用對應(yīng)的Basic指令的話，可以通過在線命令自行進行相關(guān)指令封裝。
Python編程調(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)的上位機接口。
（1）選中項目右鍵→新建→Python File新建一個MyFullClosedLoop類文件。
（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接口。
def ZAux_Direct_SetPGain(self, iaxis, fValue):
'''
:Description:設(shè)置軸的比例增益
:param iaxis:軸號
:param fValue:比例增益P的值
:return:錯誤碼,返回字符串
'''
# 判斷軸數(shù)是否超標
if iaxis > self.MAX_AXIS_AUX:
return self.ERR_AUX_PARAERR
# 生成命令
pszCommand = "P_Gain({0}) = {1}".format(iaxis, fValue)
# 調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
ret = self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
return ret[0],ret[1]
（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接口。
#連接控制器，一般使用網(wǎng)口連接，控制器默認IP是192.168.0.11，
def ZAux_Direct_GetPGain(self,iaxis):
'''
:Description:獲取軸的比例增益
:param iaxis:軸號
:return:錯誤碼,獲取的軸比例增益P的值
'''
# 判斷軸數(shù)是否超標
if iaxis >self.MAX_AXIS_AUX:
return self.ERR_AUX_PARAERR
#生成命令
pszCommand = "?P_Gain({0})".format(iaxis)
#調(diào)用命令執(zhí)行函數(shù)
ret = self.Zmc.ZAux_Execute(pszCommand)
if self.ERR_OK != ret[0]:
return ret[0]
# 解析返回的字符串
if len(ret[1]) == 0:
return self.ERR_NOACK
else:
value = float(ret[1])
return self.ERR_OK,value
（4）封裝好的脈沖閉環(huán)功能相關(guān)的上位機接口。
2.Python閉環(huán)功能的測試例程編寫案例講解。
（1）【連接】連接控制器。
def on_btn_Connect(self):
if self.Zmc.handle.value is not None:
self.Zmc.ZAux_Close()
self.Zmc.handle.value = None
self.ui.setWindowTitle("脈沖閉環(huán)測試(步進驅(qū)動器+編碼器反饋)")
Temptype = 2 # 2-ETH
TempStr = self.ui.cb_strlist.currentText()
if self.ui.cb_type.currentText() == "網(wǎng)口":
Temptype = 2 # 2-ETH
elif self.ui.cb_type.currentText() == "LOCAL":
Temptype = 5 # MotionRT
elif self.ui.cb_type.currentText() == "PCI":
Temptype = 4 # PCI
elif self.ui.cb_type.currentText() == "串口":
Temptype = 1 # COM
iresult = self.Zmc.ZAux_FastOpen(Temptype, TempStr, 1000)
（2）【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)。
def PidParaSet(self):
TempFloat = 0
TempDpos = 0
TempMpos = 0
TempInt = 0
Axis_Num = int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 軸號
CloseLoop = MyFullClosedLoop() # 創(chuàng)建 MyFullClosedLoop 控制器對象
CloseLoop.Zmc.handle=self.Zmc.handle #設(shè)置控制器句柄為當前連接控制器句柄
CompareStr = "閉環(huán)已開"
TempStr = self.ui.btn_IsClosedLoop.text()
#打開全閉環(huán)去控制軸運動
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)
TempDpos = self.Zmc.ZAux_Direct_GetDpos(Axis_Num)[1].value
TempMpos = self.Zmc.ZAux_Direct_GetMpos(Axis_Num)[1].value
if ((TempDpos - TempMpos) > 4 or (TempDpos - TempMpos < -4)):
print("規(guī)劃位置和反饋位置相差太大，無法啟動閉環(huán)功能�。。�！")
QMessageBox.warning(self.ui, "提示", "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
TempFloat=self.ui.edit_ParaP.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetPGain(Axis_Num, TempFloat)
#更新積分增益
TempFloat=self.ui.edit_ParaI.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetIGain(Axis_Num,TempFloat)
# 更新微分增益
TempFloat=self.ui.edit_ParaD.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetDGain(Axis_Num,TempFloat)
#更新速度前饋增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaVF.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetVffGain(Axis_Num, TempFloat)
#更新加速度前饋增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaAF.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetAffGain(Axis_Num, TempFloat)
# 更新速度增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaOV.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetOvGain(Axis_Num, TempFloat)
#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axis: axis:0 config not support Servo#1、先打開encoder_servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(Axis_Num, 1)
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
#2、完成一次Atype由0變?yōu)?的切換
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
#3、打開Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num, 1);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
print("閉環(huán)參數(shù)配置完成, 軸全閉環(huán)功能打開成功。");
else:
print("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:
print("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(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
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
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
# 3、關(guān)閉Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
print("軸Servo關(guān)閉失�。。。�");
return -1;
return 0;
（3）【更新軸參數(shù)】按鈕如何完成軸參數(shù)的更新。
def AxisParaSet (self):
TempFloat = 0
TempInt1 = 0
TempInt2 = 0
Axis_Num = int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 軸號
# 設(shè)置最大隨動誤差FE_LIMIT
self.Zmc.ZAux_Direct_SetFeLimit(Axis_Num, 500)
# 更新編碼器齒輪比 （如果發(fā)N個脈沖，實際編碼器反饋M個脈沖，編碼器齒輪比要設(shè)置成 N/M）
TempInt1 = int(self.ui.edit_EncoderRatioMol.text())
TempInt2 = int(self.ui.edit_EncoderRatioDenom.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_EncoderRatio(Axis_Num, TempInt1, TempInt2)
# 更新脈沖當量，一般脈沖當量設(shè)置成機臺運動1mm需要的脈沖數(shù)
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaUnits.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetUnits(Axis_Num, TempFloat);
# 全閉環(huán)的功能需要把ATYPE設(shè)置成4
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
# 更新速度
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaSpeed.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetSpeed(Axis_Num, TempFloat);
# 更新加速度、減速度
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaAccel.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAccel(Axis_Num, TempFloat);
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaDecel.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetDecel(Axis_Num, TempFloat);
# 是否啟用SS曲線
if self.CurveIsSS == 1:
# 啟用SS曲線,VP_MODE模式設(shè)置成7即可
# 上位機沒有現(xiàn)場設(shè)置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能指令
pszCommand = "VP_MODE({0}) = 7 ".format(Axis_Num)
self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
print("啟用SS曲線,VP_MODE模式設(shè)置成7�。�")
else:
# 啟用S曲線,VP_MODE模式設(shè)置成0即可
# 上位機沒有現(xiàn)場設(shè)置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能指令
pszCommand = "VP_MODE({0}) = 0 ".format(Axis_Num)
self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
# S曲線模式，S曲線時間sramp是有效果的，需要設(shè)置一下
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaSramp.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetSramp(Axis_Num, TempFloat);
print("啟用S曲線,VP_MODE模式設(shè)置成0��！")
print("軸參數(shù)設(shè)置完成！！")
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動小助手的歷史推文《運動控制看的更清楚細致！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)：步進驅(qū)動器的開環(huán)控制，運動過程中隨動誤差（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），當運動結(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)：步進驅(qū)動器的閉環(huán)控制，運動過程中隨動誤差（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個脈沖當量左右，相比較開環(huán)控制有較大的提升，當運動結(jié)束時光柵尺的反饋位置和指令規(guī)劃位置也是相等的。
3.教學(xué)視頻可點擊→“步進控制的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運動控制器ZMC432CL-V2（五）：Python編程調(diào)試”查看。
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本次，正運動技術(shù)步進控制的光柵尺全閉環(huán)EtherCAT運動控制器ZMC432CL-V2（五）：Python編程調(diào)試，就分享到這里。
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正運動技術(shù)專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎(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、完整掌握運動控制核心技術(shù)和實時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。
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