详细介绍: WindowsCE嵌入式6轴运动控制器
iMC2650A WindowsCE嵌入式运动控制器的主要特征是:基于ARM9和第Ⅱ代iMC运动控制ASIC设计,六轴嵌入式运动控制器,使用WindowsCE嵌入式操作系统。
(一)主要嵌入式计算机资源
(1)CPU:ARM9核处理器LPC3250,带浮点协处理单元,主率208Mhz,64M RAM;
(2)FLASH:已集成WindowsCE嵌入式操作系统及各接口驱动、运动控制函数库;
(3)SD卡座:可用于插入SD卡,存储用户程序及文件;
(4)LCD触摸屏: 8寸或10寸TFT液晶屏,分辨率:800x600,含触摸屏;
(5)8x8矩阵键盘:可以连接所配的8x8矩阵键盘,用户可自定义按键;用户也可以自行设计矩阵键盘(最大8x8),可通过格式文件自定义按键;
(6)PS/2键盘:具有PS/2键盘接口,可以直接连接计算机PS/2键盘。注意:矩阵键盘和PS/2键盘不能同时使用。
(7)RS232串口:提供一个用户串口,可用于实现控制器与其它设备通信。
该控制器就像一台完整的计算机,集成了操作系统(WindowsCE)及各驱动程序、液晶显示屏、触摸屏、键盘等硬件,用户只需安装Visual Studio 2005,通过一根网线与控制器连接,即可象开发PC程序一样方便快捷地开发用户程序。
控制器系统中集成了WindowsCE下的运动控制函数库,提供完整详细的运动控制范例,该程序可用于用户调试运动控制器的主要控制功能,我们随机提供该程序的源代码,用户可以在此框架上快速地开发自己的应用。
提供详细的开发文档以及技术支持,用户无需了解嵌入式开发技术,即可象开发PC应用一样在该平台下开发运动控制应用。
(二)主要运动控制硬件资源
(1)最多可控制6轴伺服电机或步进电机;
(2)脉冲+方向或正向脉冲+负向脉冲输出模式可选,差分/单端(集电极开路)输出可选;
(3)共有48个开关量输入;
(4)共有24个开关量输出,最大容许电流为500mA,其中有8个可以设置上电初始时的通断状态,可直接驱动小电流的继电器、电磁阀等;
(5)每轴均有编码器输入接口、伺服使能、伺服清零、伺服到位、伺服报警接口;
(6)1个辅助编码器接口,可用于连接电子手轮、光栅尺等正交编码器设备;
(7)1个停止开关输入,可用于连接急停开关。
(三)主要指标
(1) 控制周期:0.25 mS;
(2) 1~6轴独立或同步控制;
(3)脉冲输出最高频率:10Mhz;
(4) 编码器最高输入频率10MHz(禁止数字滤波时),或1.5MHz(使能数字滤波时);
(5) 32位的指令和反馈位置范围(PULSE):-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647,即[-2^31,2^31);
(6) 位置误差:≤ 1 PULSE;
(7)速度范围(受限于隔离器件):-10000000 PULSE/S ~ 10000000 PULSE/S
(8)指令速度分辨率(误差):小于0.003%
(9)48位精度电子齿轮传动比;
(10)1~6轴直线插补运算精度误差≤1/65536;
(11)事件指令处理时间< 0.1uS;
(12)高度集成的单芯片核心ASIC控制,高可靠性;
(13)所有输入输出信号均经过隔离,高速信号:rms 2.5KV,I/O:rms 4KV,高抗干扰能力;
(14)所有输入输出均直接以EIA/TIA-422差分对或高电平(24V)进出控制卡,减少信号在传输过程中受到干扰;
(15)用户可自设密码对系统进行加密,保护知识产权利益。
(16) 固件可远程更新。
(四)主要控制功能
1. 每个轴支持线性轴和环形轴。
2. 每个轴支持双坐标系下的规划运动:主坐标系统MCS和辅坐标系统PCS。
在主坐标系下的运动过程中,可同时执行辅坐标系下的点到点或连续速度运动,得到叠加的运动效果。
3. 连续(速度)运动。
(1)支持同时存在主、辅两个坐标系下的连续速度运动;
(2)先进的智能S速度曲线控制,加减速过程更平滑;
(3)速度斜升并到达目标速度的过程可以与其它变量同步,如与位移同步或与时间同步等;
4. 点到点运动
(1)支持双坐标系下同时执行点到点运动,实现叠加运动;
(2)双坐标系均支持以绝对位置和相对距离的方式给出运动目标;
(3)双坐标系均支持普通模式和跟踪模式。
(4)先进的智能S曲线加减速规划算法,支持非对称的加速和减速过程,允许在运动过程中的任意时刻改变目标位置或移动速度。
(5)可以临时暂停运动过程。
5. 电子齿轮运动模式。
(1)传动比率为48位,实现超高精度的齿轮传动。
(2)从动轴可以跟随主动轴的各种指令位置值,或编码器反馈值。
(3)支持自由的接合过程和同步的接合过程,接合时主动轴可以处于加速或匀速运动。
自由接合过程是指从动轴以加速度或减速度改变其速度,逐渐达到传动速度;
同步接合过程是指当指定的位移或时间(同步源)变化指定的值时,从动轴达到传动速度。
(4)可以在主动轴的任何状态改变传动比率。传动比率改变后,也可以自由地或同步地进行速度斜升过程,逐渐达到新的传动速度。
(5)脱离啮合后的运行模式有两种:按原传动速度或指定速度运行(或减速停止)。
(6)支持自由的脱离啮合过程和同步的脱离啮合过程。
(7)可与事件指令结合,实现灵活、精准的同步运动。
(8)执行电子齿轮运动的同时可以叠加辅坐标系下的点到点运动。
6. 多轴线性同步运动。
7. 电子手轮运动模式。
8. 时间/位移非线性同步运动。
“时间-位移”同步运动(T-P):历经指定的时间,移动到指定的位移(可以是相对位移,也可以是绝对位置);
“位移-位移”同步运动(P-P):参考轴移动指定的位移时,指定轴移动到指定的位移(可以是相对位移,也可以是绝对位置);
“时间-速度”(T-V):历经指定的时间,指定轴达到指定的目标速度(连续速度运动模式下);
“位移-速度”(P-V):参考轴移动指定的位移时,指定轴达到指定的目标速度(连续速度运动模式下)。
9. 轮廓运动。
轮廓运动是指多个轴联动,使执行机构沿轮廓曲线的轨迹移动,可应用于加工、切割、雕刻、围字、仿形等。
(1)具有专用于轮廓运动的缓冲器(CFIFO);
(2)运动点位数据必须由上位计算机计算产生,借助计算机的强大计算能力可以处理复杂的平面或空间曲线;
(3)iMC2内部具有高精度样条插补模块,能对于上位机送入的运动点位数据(或微小线段)进行光滑拟合,使轮廓运动的轨迹更平滑;
(4)参与轮廓运动的轴数不限。
10. 直线/圆弧插补(软插补)。
直线/圆弧插补功能由计算机计算而产生点位数据,通过轮廓运动模式实现。
(1)支持二维平面和三维空间的直线和圆弧;
(2)支持连续路径插补,每段直线/圆弧都可以指定运行速度和终点速度;
11.多轴线性连续插补(硬件插补)
多轴线性连续插补运动属于连续路径运动,线段与线段之间的衔接可以是连续、不间断的,常用于多轴线性同步运动,如弹簧机等。通过专有FIFO的缓冲处理,iMC可以不间断处理大量微小线段,因此也可以用于路径加工、切割、围字等。iMC2的连续插补具有强大且实用的功能,主要特点有:
(1)支持单个轴~全部轴连续插补,控制卡内部硬件插补运算,高速高精度(误差<1脉冲单位);
(2)段与段之间的衔接过渡采用三阶融合技术,路径运动更平滑;
(3)独有技术,可以在段之间插入等待指令、写参数指令、事件指令,复杂的同步运动一气呵成;
(4)可以指定每段的运行速度和段末速度;
(5)路径的规划速度可以是合成速度,或某指定轴的速度;
(6)可以实时改变速度比率。
12. 点动(JOG)。
13. 搜寻及设置机械原点(回零)。
(1)可以向指定的方向自动搜寻原点,支持三类机械硬件:A. 仅有原点开关;B. 原点开关+编码器索引信号(Z相); C. 仅有编码器索引信号。根据捕捉原点信号的方式不同共有七种方案供选择。
(2)自动搜寻过程可以设置高速和低速两个搜寻速度。
(3)可向任何一个方向出发搜寻原点,遇到限位自动返回。
(4)可以设置搜寻到原点位置后,自动移动到指定的位置(homestpos)。
(5)可以设置原点位置的偏移值(homepos)。
(6)可以指定检测原点开关的上升沿或下降沿
(7)可以直接使用探针信号或主编码器的索引信号来设置原点,且可以是仅设置一次,或每次检测到信号都设置原点。
(8)主机在任何时候(包括运动中)都可以通过指令直接设置当前点为原点。
(9)可以通过事件指令灵活实现用户自定义的设置原点方式。
14. 基于事件触发的同步运动
iMCⅡ芯片内部具有独创的事件处理机,通过一种实时事件处理机制(Event-Driven Motion,EDM)来实现高速高精同步运动。
15. 其它辅助功能
如暂停、位置断点、位置捕获、计时等。
16. 运动平滑
先进的智能平滑算法,使速度的导数(加速度)连续,平滑加减速过程,平滑因子可设。
17. 位置误差补偿。
具有静止误差补偿功能,即在规划运动完成时进行误差补偿,保证误差始终处于一个可设定的“窗口”范围内,既保证定位精度,又避免振动的产生,简单实现全闭环控制。补偿的速度可设置。
18. 错误与安全
多级错误检测及安全防护功能:
(1)加速度限制;
(2)速度限制;
(3)外部设备错误监测(如伺服报警等);
(4)硬件限位开关;
(5)软件位置限位;
(6)指令位置异常监测;
(7)严重位置误差(如电机受堵等);
(8)位置误差超限;
(9)急停。
19. 运动状态标识
20. 动态跟随窗口
21. 位置反馈
每个轴都有正交编码器接口,可以连接旋转型编码器或线性光栅尺等正交编码传感器,用于位置反馈。得益于静止误差补偿功能,步进电机系统也可以添加编码器位置传感器实现闭环控制。
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