本節(jié)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分，支持PSO功能的硬件、PSO技術(shù)的特點(diǎn)、在運(yùn)動(dòng)控制器上使用哪些命令實(shí)現(xiàn) PSO功能、PSO使用的案例說(shuō)明。 看完本節(jié)內(nèi)容，相信大家就能了解PSO的使用方法，下節(jié)我們將深入講解。

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一.硬件說(shuō)明

硬件選型的首要要求是支持PSO功能，再分析PSO的應(yīng)用場(chǎng)合和軸數(shù)等選擇具體的型號(hào)。

本例以ZMC406總線運(yùn)動(dòng)控 制器和ZMC460N雙總線運(yùn)動(dòng)控制器為例展開(kāi)介紹，PSO所用的指令名也被稱(chēng)為硬件比較輸出，故下文也會(huì)用硬件比較輸出代替PSO。

（一）ZMC406總線控制器

ZMC406總線控制器是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的新一代網(wǎng)絡(luò)6軸運(yùn)動(dòng)控制器（可通過(guò)擴(kuò)展模塊來(lái)擴(kuò)展軸，支持多達(dá)32軸），自帶六個(gè)脈沖軸接口包含差分脈沖輸出和差分編碼器輸入），支持脈沖驅(qū)動(dòng)器和EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器混合使用。

脈沖輸出頻率最大可達(dá)10MHZ，EtherCAT總線的通訊周期最快可達(dá)250微秒。

支持4路PSO輸出，輸出口非獨(dú)立，不能四路同時(shí)輸出，每個(gè)系統(tǒng)周期比較輸出一次，即每個(gè)系統(tǒng)周期只能輸出一路比較信號(hào)。

（二）ZMC460N雙總線控制器

ZMC460N雙總線控制器相比ZMC406所帶的資源更多，是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的新一代網(wǎng)絡(luò)60軸運(yùn)動(dòng)控制器（支持EtherCAT總線軸+RTEX總線軸+脈沖軸混合使用），自帶六個(gè)脈沖軸接口（包含差分脈沖輸出和差分編碼器輸入），通用輸出口支持配置為單端脈沖輸出，通用輸入口支持配置成單端編碼器輸入。

脈沖輸出頻率最大可達(dá)10MHZ，EtherCAT總線的通訊周期最快可達(dá)250微秒。

支持12路PSO輸出，輸出口獨(dú)立，支持12路同時(shí)輸出，每個(gè)系統(tǒng)周期可比較輸出多次，應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富。

這兩款控制器同屬高系列，功能強(qiáng)大，能滿(mǎn)足多種場(chǎng)合的需求，支持直線插補(bǔ)、連續(xù)插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置、硬件比較輸出、硬件定時(shí)器、運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)輸出等功能；采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制。

應(yīng)用程序可以使用正運(yùn)動(dòng)自主研發(fā)的ZDevelop軟件開(kāi)發(fā)，或VC、VB、VS、C++Builder、C#等上位機(jī)軟件來(lái)開(kāi)發(fā)。上位機(jī)開(kāi)發(fā)調(diào)試時(shí)可以把ZDevelop軟件同時(shí)連接到控制器，程序運(yùn)行時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)庫(kù)“zmotion.dll”。

下文以ZDevelop軟件開(kāi)發(fā)為例。

控制器的基本參數(shù)說(shuō)明如下表：

⊙PSO硬件比較輸出功能使用的是高速I(mǎi)O口，響應(yīng)頻率為1MHz，響應(yīng)速度可以精確到微秒級(jí)別。

用戶(hù)可以使用ZDevelop軟件連接控制器，在ZDevelop軟件的在線命令欄發(fā)送“?*max”打印查看更多控制器規(guī)格參數(shù)，“?*set”查看打印指令參數(shù)值，?*port打印通訊通道。

1.下圖為ZMC406總線控制器的參考架構(gòu)：

ZMC406總線控制器的常用接口說(shuō)明如下表：

2.下圖為ZMC460N雙總線控制器的參考架構(gòu)：

ZMC460N雙總線控制器的常用接口說(shuō)明如下表：

⊙均可通過(guò)CAN總線或EtherCAT總線擴(kuò)展IO資源和軸資源。

硬件平臺(tái)與PSO指令視頻演示：https://live.csdn.net/v/225116

二.PSO的技術(shù)介紹

PSO(position synchronized output)即位置同步輸出，本質(zhì)是通過(guò)采集實(shí)時(shí)的編碼器反饋位置(無(wú)編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號(hào)，PSO示意圖如下。

PSO一般與激光器 (或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備) 同步輸出信號(hào)進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動(dòng)軌跡的所有階段以恒定的空間(或者恒定時(shí)間)間隔觸發(fā)輸出開(kāi)關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實(shí)現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

⊙PSO功能的特點(diǎn)就是能高速且穩(wěn)定的輸出信號(hào) ， 因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋撸阅軌蛟谡麄€(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號(hào)而不用考慮總體速度。

即在直線部分以很快的速度運(yùn)動(dòng)，而在圓角部分減速的同時(shí)也能保證輸出間距恒定，通常圓角加工部分在整個(gè)加工過(guò)程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時(shí)，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

三.PSO相關(guān)指令介紹

實(shí)現(xiàn)PSO功能（即硬件比較輸出）功能使用的命令主要有“HW_PSWITCH2”、“MOVE_HWPSWITCH2”、“HW_TIMER”等，前兩個(gè)指令主要用于設(shè)定觸發(fā)比較輸出的距離，最后的命令是硬件定時(shí)，可配合前者使用精準(zhǔn)控制輸出脈沖的寬度。

1 .HW_PSWITCH 2 -- 硬件位置比較輸出

（1）指令說(shuō)明

通過(guò)設(shè)置比較條件，控制OP口連續(xù)高速輸出信號(hào)，控制器必須使用支持硬件比較輸出的輸出口，例如ZMC406可以使用OUT0/1/2/3口，ZMC460的OUT0-11均可使用。

支持比較脈沖軸的位置、編碼器的反饋位置和總線軸的位置。選用何種位置信息比較，與設(shè)置的ATYPE軸類(lèi)型有關(guān)，比較的主軸帶編碼器輸入時(shí)，自動(dòng)使用編碼器位置來(lái)觸發(fā)，不帶編碼器的場(chǎng)合便比較脈沖輸出。

可以使用“MOVEOP_DELAY”參數(shù)來(lái)調(diào)整輸出準(zhǔn)確時(shí)刻。

（2）注意事項(xiàng)

一般控制器每個(gè)系統(tǒng)周期內(nèi)只能比較一次，系統(tǒng)周期通過(guò)“SERVO_PERIOD”查詢(xún)，此時(shí)當(dāng)系統(tǒng)周期過(guò)大時(shí)，而比較輸出脈沖寬度小于系統(tǒng)周期時(shí)將會(huì)導(dǎo)致輸出異常。部分控制器如ZMC460N、ZMC504SCAN等，每個(gè)系統(tǒng)周期支持比較多次，即支持多個(gè)比較輸出口在同一周期輸出比較信號(hào)。

⊙“HW_PSWITCH2”與“MOVE_OP”精準(zhǔn)使用同樣的硬件資源，不建議在同一個(gè)通道同時(shí)使用，可以在不同的通道同時(shí)使用。

調(diào)用TABLE位置數(shù)據(jù)時(shí)，在所有比較點(diǎn)完成前不要修改TABLE。

使用脈沖型電機(jī)時(shí)只有ATYPE為4時(shí)才是比較反饋位置(MPOS)，默認(rèn)出廠的ATYPE為1或7比較的是命令位置(DPOS)。

（3）指令語(yǔ)法

HW_PSWITCH2(mode, [...])

mode模式不同，后面需要填寫(xiě)的參數(shù)也不同，詳情需參考Basic手冊(cè)的語(yǔ)法說(shuō)明。

舉兩個(gè)簡(jiǎn)單且典型的模式展開(kāi)描述。

A.Mode=1：?jiǎn)屋S比較

HW_PSWITCH2( mode,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])

mode：1-啟動(dòng)比較器

opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口

opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)

tablestart：第一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

tableend：最后一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

direction：第一個(gè)點(diǎn)判斷方向，0坐標(biāo)負(fù)向，1坐標(biāo)正向，-1不使用方向

此模式較為簡(jiǎn)單，需要借助TABLE寄存器，把需要比較輸出的位置坐標(biāo)先存儲(chǔ)到TABLE寄存器，然后PSO控制OP口每到達(dá)一個(gè)比較點(diǎn)的位置便反轉(zhuǎn)一次，直到全部坐標(biāo)點(diǎn)比較完成。示意圖如下，P表示比較點(diǎn)，展示六個(gè)比較點(diǎn)的OP輸出情況。

B.Mode=2：清除比較點(diǎn)

HW_PSWITCH2(2)

mode：2-停止并刪除沒(méi)完成的比較點(diǎn)

⊙使用前需要調(diào)用此模式，清除可能沒(méi)有比較完成的數(shù)據(jù)。使用過(guò)程中也可以發(fā)送此命令，停止比較。

Mode=6：矢量比較方式，周期模式，與HW_TIMER一起使用

HW_PSWITCH2( mode, opnum, opstate, vectstart, repes, cycledis)

mode：6-啟動(dòng)比較器

opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口

opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)

vectstart：比較點(diǎn)VECTOR_MOVED當(dāng)前運(yùn)動(dòng)距離

repes：重復(fù)周期，一個(gè)周期只比較一次

cycledis：周期距離，每隔這個(gè)距離輸出一次

此模式相對(duì)復(fù)雜一些，比較輸出的數(shù)據(jù)不參考TABLE，只需指定第一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)的“VECTOR_MOVED”，比較周期的次數(shù)，每次輸出觸發(fā)的距離，“HW_TIMER”控制每到達(dá)一個(gè)周期觸發(fā)位置輸出的脈沖寬度和次數(shù)，參數(shù)設(shè)置可參考下方示意圖，紅色參數(shù)為HW_PSWITCH2指令的參數(shù)，橙色參數(shù)為HW_TIMER指令的參數(shù)。

此模式涉及的距離坐標(biāo)均為矢量坐標(biāo)，可用于單軸運(yùn)動(dòng)或插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)模式下比較輸出。

例一： mode=1，單軸模式，比較TABLE的位置點(diǎn)。

BASE(0)
ATYPE=0
UNITS=10000/10
SPEED=100
ACCEL=1000
DECEL=1000
SRAMP=100
DPOS=0
MPOS=0
OP(0,OFF)
TABLE(0,50,100,150,200) '比較點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置
HW_PSWITCH2(2) '停止并刪除沒(méi)有完成的比較點(diǎn)
HW_PSWITCH2(1, 0, 1, 0, 3,1) '比較4個(gè)點(diǎn)，操作輸出口0
TRIGGER '觸發(fā)示波器
MOVE(300)
END

示波器采樣波形如下： 到達(dá)TABLE的四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)50,100,150,200，OP反轉(zhuǎn)。

例二： mode=6，周期模式，結(jié)合HW_TIMER使用。

RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
BASE(0)
ATYPE=1
UNITS=10000/10
SPEED=100
ACCEL=1000
DECEL=1000
SRAMP=100
DPOS=0
MPOS=0
OP(0,OFF)
TRIGGER
VECTOR_MOVED=0 '設(shè)置矢量起始位置為0，方便觀察
HW_PSWITCH2(2) '停止并刪除沒(méi)有完成的比較點(diǎn)
HW_PSWITCH2(6,0,1,100,4,50) '位置100開(kāi)始比較，比較4次周期距離50，輸出有效時(shí)間由HW_TIMER指令確定
HW_TIMER(2,100000,50000,2,off,0) '輸出變?yōu)閛n后50ms變?yōu)閛ff
MOVE(400)
END

示波器波形如下：

輸出口為OP(0)，第一次比較輸出的狀態(tài)為ON，第一個(gè)輸出點(diǎn)的矢量坐標(biāo)為100，比較4次，間隔50的距離觸發(fā)一次。

每次觸發(fā)之后輸出OP的時(shí)間由HW_TIMER指令設(shè)置，HW_TIMER參數(shù)確定每次輸出脈沖的周期為100 ms，有效寬度為50ms，每個(gè)比較位置連續(xù)觸發(fā)2次。

YT模式下波形：

其他條件不變，將單軸運(yùn)動(dòng)改為MOVE(200,300)兩軸插補(bǔ)，波形如下，根據(jù)兩軸的合成矢量位置VECTOR_MOVED進(jìn)行比較。

程序如下：

RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
BASE(0)
ATYPE=1
UNITS=10000/10
SPEED=100
ACCEL=1000
DECEL=1000
SRAMP=100
DPOS=0
MPOS=0
OP(0,OFF)
TRIGGER
VECTOR_MOVED=0 '設(shè)置矢量起始位置為0，方便觀察
HW_PSWITCH2(2) '停止并刪除沒(méi)有完成的比較點(diǎn)
HW_PSWITCH2(6,0,1,100,4,50) '位置100開(kāi)始比較，比較4次周期距離50，輸出有效時(shí)間由HW_TIMER指令確定
HW_TIMER(2,100000,50000,2,off,0) '輸出變?yōu)閛n后50ms變?yōu)閛ff
MOVE(200,300) '兩軸直線插補(bǔ)
END

XYZ模式下輸出波形如下：

2.HW_TIMER -- 硬件定時(shí)

（1） 指令說(shuō)明

硬件定時(shí)器，用于硬件比較輸出后一段時(shí)間后還原電平。“ HW_TIMER”只有1個(gè)，每次調(diào)用會(huì)強(qiáng)制停止之前的調(diào)用。

OP和MOVE_OP操作會(huì)關(guān)閉正在進(jìn)行的HW_TIMER脈沖，這樣可以使用HW_TIMER來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似PWM的功能，OP輸出打開(kāi)脈沖輸出，下一個(gè)OP輸出關(guān)閉脈沖輸出，當(dāng)使用MOVE_OP精準(zhǔn)輸出時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的PWM輸出無(wú)限脈沖功能。

使用“?*HW_TIMER”可以看到還有多少脈沖剩余。

（2）注意事項(xiàng)

每個(gè)周期輸出一次信號(hào)，指令的周期時(shí)間的設(shè)置一定要大于系統(tǒng)周期，否則輸出異常。 輸出口需要指定支持PSO功能的OP口。

（3）指令語(yǔ)法

HW_TIMER(mode, cyclonetime, optime, reptimes, opstate, opnum )

mode：0停止，2-啟動(dòng)

cyclonetime：周期時(shí)間，us單位

optime：有效時(shí)間，us單位

reptimes：重復(fù)次數(shù)，啟動(dòng)模式，reptimes =0時(shí)，軟關(guān)閉HW_TIMER，原來(lái)的脈沖沒(méi)有完成的，會(huì)繼續(xù)輸出完成

opstate：輸出缺省狀態(tài)，輸出口變?yōu)榉谴藸顟B(tài)后開(kāi)始計(jì)時(shí)

opnum：輸出口編號(hào)，必須能硬件比較輸出的口

參數(shù)設(shè)置可參考下方示意圖，此指令的效果是固定時(shí)間周期輸出。

例子：

RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
BASE(0)
ATYPE=1
UNITS=100
SPEED=100
ACCEL=100
DECEL=100
DPOS=0
TRIGGER
DELAY(100)
OP(0, OFF)
HW_TIMER(2, 10000, 5000, 30, OFF, 0) '輸出口0變?yōu)镺N后，硬件定時(shí)器觸發(fā)開(kāi)始計(jì)時(shí)，周期為10ms，5ms 后切換為OFF，重復(fù)30次結(jié)束
OP(0, ON) '觸發(fā)定時(shí)

END

示波器采樣OP(0)波形如下： 采樣周期設(shè)置為1ms，表示橫軸時(shí)間的單位為1ms，延時(shí)100ms之后開(kāi)始觸發(fā)OP高速輸出，指令作用的總時(shí)間為“10000us*30”。 第三個(gè)參數(shù)調(diào)整輸出脈沖的寬度。

3.MOVE_ HWPSWITCH2 -- 緩沖硬件比較輸出

此命令功能和用法同“HW_PSWITCH2”，區(qū)別是此命令會(huì)進(jìn)運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，在緩沖中執(zhí)行比較。

PSO指令說(shuō)明視頻鏈接：https://live.csdn.net/v/225117

四.等間距輸出脈沖的例子

采用“HW_PSWITCH2”指令的模式6，結(jié)合“HW_TIMER”控制單個(gè)軸高速等距輸出。

RAPIDSTOP(3)
WAIT IDLE(0)
GLOBAL CONST Axis_X = 0 '物理軸軸號(hào)定義
GLOBAL CONST Out_Pso0 = 0 'Pso硬件輸出口編號(hào)
BASE(Axis_X) '軸參數(shù)初始化
UNITS=1000 '脈沖當(dāng)量 1MM對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)
ATYPE=4 '軸類(lèi)型 脈沖輸出+編碼器輸入軸
DPOS=0
MPOS=0
SPEED=100
ACCEL=2000
DECEL=0
MERGE=1
OP(Out_Pso0,OFF)
GLOBAL g_cmd
g_cmd = 0
WHILE 1
IF g_cmd = 1 THEN
g_cmd = 0
TRIGGER
Function_Test1()
ENDIF
WEND
'********************************************************************************************
'等距離距離模式生成一個(gè)PWM脈沖,脈沖輸出時(shí)間可調(diào)。
'lv_WidthTime 脈沖寬度時(shí)間us
'lv_Interval 2個(gè)脈沖間隔 mm
'lv_StrartPos 觸發(fā)起始位置 mm
'lv_EndPos 結(jié)束位置
'********************************************************************************************
GLOBAL SUB Function_Test1() '在20-120范圍內(nèi)每間隔1mm輸出一個(gè)持續(xù)2ms的脈沖
LOCAL lv_WidthTime,lv_Interval,lv_StrartPos,lv_EndPos '定義局部變量
lv_WidthTime = 2000 '脈沖寬度2000us
lv_Interval = 1 '脈沖間隔 1mm
lv_StrartPos = 20 '觸發(fā)起始位置 20mm位置
lv_EndPos = 120 '結(jié)束位置 120MM
OP(Out_Pso0,OFF) '關(guān)閉輸出口
BASE(Axis_X) '選定X軸
ATYPE = 4 '軸類(lèi)型，比較軸類(lèi)型帶編碼軸特性時(shí)默認(rèn)按編碼器位置比較
SPEED = 100 '速度100mm/s
FORCE_SPEED=60 'SP速度60mm/s
MOVEABS(0) '運(yùn)動(dòng)到0位
WAIT IDLE
VECTOR_MOVED = 0 '插補(bǔ)矢量距離清0
LOCAL iTime
iTime =ABS(lv_EndPos - lv_StrartPos) \ lv_Interval '計(jì)算比較次數(shù)
TRACE lv_StrartPos,iTime,lv_Interval,lv_WidthTime
HW_PSWITCH2(2) '清空HW比較緩沖區(qū)
HW_PSWITCH2(6,Out_Pso0,ON,lv_StrartPos,iTime,lv_Interval) '從lv_StrartPos觸發(fā)比較間隔lv_Interval比較iTime次
HW_TIMER(2,lv_WidthTime+100,lv_WidthTime,1,OFF,Out_Pso0) 'Out_Pso觸發(fā)變成ON后，打開(kāi)lv_Width us后關(guān)閉輸出
MOVEABS(50) '單軸運(yùn)動(dòng)，速度100
MOVEABSSP(100) 'SP單軸運(yùn)動(dòng)，速度60
MOVEABS(150) '單軸運(yùn)動(dòng)，速度100
WAIT IDLE '等待運(yùn)動(dòng)停止
HW_PSWITCH2(2) '清空HW比較緩沖區(qū)
END SUB

?

五.ZDevelop查看PSO曲線

1.示波器采樣上例波形如下。

三段單軸直線運(yùn)動(dòng)，比較范圍為位置20-120，每隔一個(gè)單位距離比較一次，共比較100次，中間段由于是等距比較，運(yùn)動(dòng)速度較小，故OP反轉(zhuǎn)的速度變慢。OP保持高電平的時(shí)間是2ms。

2.XY模式下OP隨運(yùn)動(dòng)距離變化的波形如下。

可看出等距比較模式下，比較輸出不受運(yùn)動(dòng)速度的影響，輸出始終是均勻的。

視頻演示鏈接：https://live.csdn.net/v/225119

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制器PSO位置同步輸出(一):硬件平臺(tái)與PSO指令簡(jiǎn)介，就分享到這里。

審核編輯：湯梓紅