運(yùn)動(dòng)I/O – 作為模擬和數(shù)字I/O，發(fā)送并接受來自于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)其余部分的信號(hào)。一般來說，模擬輸出用作驅(qū)動(dòng)的命令信號(hào)，數(shù)字I/O則用于正交編碼信號(hào)，作為電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)。運(yùn)動(dòng)I/O實(shí)現(xiàn)位置斷點(diǎn)和高速捕獲。同樣，監(jiān)控也使用運(yùn)動(dòng)I/O來實(shí)現(xiàn)必需的特定功能，如響應(yīng)限位開關(guān)、生成初始化系統(tǒng)所需的運(yùn)動(dòng)模式等等。

NI公司提供了兩種實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的方式：

針對(duì)PCI或者PXI的基于DSP的插件式運(yùn)動(dòng)控制器
采用NI LabVIEW NI SoftMotion Module的定制化運(yùn)動(dòng)控制器

?

?

圖3. 基于DSP的插件式運(yùn)動(dòng)控制器

?

?

圖4. 采用LabVIEW NI SoftMotion Module的定制化運(yùn)動(dòng)控制器

基于DSP的插件式運(yùn)動(dòng)控制器

NI公司所提供的插件式運(yùn)動(dòng)控制器覆蓋了很大范圍——從針對(duì)復(fù)雜需求的全功能、高性能的控制器，到針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的低成本、性能穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制器。針對(duì)高精度應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)最高30kHz的快速伺服更新速率，這些控制器采用了一種雙處理器架構(gòu)。這兩個(gè)處理器，一個(gè)是中央處理單元即CPU，一個(gè)是信號(hào)處理器即DSP，兩者一起構(gòu)成了NI運(yùn)動(dòng)控制器的支柱。

控制器CPU是一塊32bit的微控制器，它運(yùn)行多任務(wù)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，解決了大多復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中所必需的性能和確定性方面的要求。該CPU的主要任務(wù)有命令執(zhí)行、主機(jī)同步、I/O反應(yīng)和系統(tǒng)監(jiān)督。

DSP的主要職責(zé)則是實(shí)現(xiàn)快速的閉環(huán)控制，在多軸上同步維護(hù)位置、速度和軌跡。它也關(guān)閉位置環(huán)和速度環(huán)，并直接發(fā)指令使扭矩傳至驅(qū)動(dòng)器或者放大器。運(yùn)動(dòng)I/O是以硬件形式實(shí)現(xiàn)在非定制化的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列)上，它包含有限位/引導(dǎo)開關(guān)檢測(cè)(limit/home switch detection)、位置斷點(diǎn)和高速捕獲。這保證了斷點(diǎn)和高速捕獲的延時(shí)非常短，延時(shí)范圍大約在幾百納秒。

運(yùn)動(dòng)控制處理器采用看門狗定時(shí)器硬件監(jiān)測(cè)。看門狗定時(shí)器可以用來自動(dòng)檢測(cè)軟件異常，如果有異常發(fā)生則會(huì)自動(dòng)重置處理器。該看門狗定時(shí)器檢查處理器是否正常運(yùn)行。如果運(yùn)動(dòng)控制器上的固件無法在62ms內(nèi)處理事件，則看門狗定時(shí)器將重置運(yùn)動(dòng)控制器，并不允許進(jìn)一步通信直至你明確地重置了運(yùn)動(dòng)控制器。這保證了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作性。

這些基于PCI或者PXI的插件式運(yùn)動(dòng)設(shè)備是設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)Windows或者實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的可靠、精確控制。它們借助于強(qiáng)大的API，并支持諸如NI運(yùn)動(dòng)控制器之類交互式工具，從而降低了開發(fā)時(shí)間。NI 7350系列是NI公司性能最好的運(yùn)動(dòng)控制器家族，它們提供了最高8軸的步進(jìn)式或伺服式運(yùn)動(dòng)控制、額外I/O以及很多強(qiáng)大的功能，包括無刷式電動(dòng)機(jī)的正弦換向、高速集成中的4MHz的周期性斷點(diǎn)和位置觸發(fā)。因?yàn)檫@些插件式運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)備都是基于PCI或者PXI的，所以你可以將它們與多種多樣的額外I/O模塊集成到一起，并方便地將它們與其它硬件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或者圖像處理。至于如何將運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備連接至驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)，NI提供了好幾種電纜和連接塊選項(xiàng)。

定制化運(yùn)動(dòng)控制器

雖然采用DSP的插件式運(yùn)動(dòng)控制器適用于很多應(yīng)用場(chǎng)合，但是你也需要一些定制化的運(yùn)動(dòng)控制器以實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制，其伺服更新速率最高可達(dá)200kHz。這些要求如此高精度和高靈活性的應(yīng)用有：半導(dǎo)體行業(yè)中的晶圓加工設(shè)備，汽車行業(yè)中的可在運(yùn)行時(shí)重新配置的內(nèi)聯(lián)汽車測(cè)序(ILVS)流水線。

對(duì)于那些要求高精度的定制化(基于靈活的FPGA)運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)器設(shè)計(jì)者們而言，NI可重新配置I/O技術(shù)(RIO)和NI SoftMotion技術(shù)一起提供了理想的工具。除了高精度應(yīng)用外，機(jī)器設(shè)計(jì)者和OEM(原始設(shè)備制造商)們還可以使用LabVIEW NI SoftMotion模塊，借助于各種平臺(tái)上的LabVIEW圖像化開發(fā)環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)控制。有些應(yīng)用需要堅(jiān)固、緊湊的系統(tǒng)，則可以使用NI CompactRIO可編程自動(dòng)控制器(PAC)。將LabVIEW NI SoftMotion中的高級(jí)功能塊API和NI的C系列新型驅(qū)動(dòng)接口組合一起，可以快速開發(fā)出強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用，并應(yīng)用于大量的步進(jìn)式或伺服式驅(qū)動(dòng)。