XY伺服电机数字控制实验报告

机电系统综合设计报告平面XY——伺服数字控制的设计院系名称：机械与储运工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化09-1班学生姓名：学号：同组学生姓名：学号：指导教师：完成日期2013年4月1日中国石油大学（北京）机电系统课程设计报告1目录摘要...........................................................3第1章设计目的及需要完成的指标....................................41.1设计目的...................................................41.2需要完成的指标.............................................4第2章整体思路....................................................5第3章设计依据....................................................63.1电机驱动使能及驱动.........................................63.1.1运动控制卡的初始化....................................63.1.2对专用输入信号参数进行设置............................63.1.3运动控制轴的初始化....................................63.2单轴运动...................................................63.3多轴运动...................................................8第4章各部分功能的实现............................................94.1初始化及ＸＹ轴的回零.......................................94.1.1卡和轴的初始化........................................94.1.2XY轴的回零...........................................94.2点动控制..................................................114.2.1点动控制操作界面.....................................114.2.2点动控制功能的实现...................................114.3直线插补..................................................124.3.1直线插补基本算法.....................................124.3.2直线插补程序框图.....................................134.3.3直线插补功能实现.....................................134.3.3运行效果.............................................144.4圆弧插补..................................................144.4.1圆弧插补的基本算法...................................144.4.2圆弧插补流程图.......................................164.4.3圆弧插补功能的实现...................................174.4.4运行效果.............................................174.5椭圆插补..................................................174.5.1椭圆插补的基本算法...................................174.5.2椭圆插补流程图........................................18目录24.5.3椭圆插补功能的实现...................................194.5.4运行效果.............................................194.6图形绘制..................................................204.6.1图像二值化...........................................204.6.2轮廓提取.............................................214.6.3数据处理及图形加工...................................214.6.4运行效果.............................................21第5章遇到的问题及解决办法.......................................235.1程序语言的选择............................................235.2圆弧插补失真..............................................235.3低灰度图片二值化失败问题..................................235.4图形绘制问题..............................................23第6章附加功能...................................................256.1超界判断..................................................256.2二值化图片信息显示........................................256.3阈值和比例................................................25第7章个人总结...................................................26附录1课程设计日志...............................................27附录2绘图效果...................................................27中国石油大学（北京）机电系统课程设计报告3摘要本次机电系统综合设计要求通过计算机高级编程语言实现对伺服电机的运动控制来进行控制，以达到对机电一体化知识的巩固提高及综合运用。本报告详细讲述了阐述了GT系统运动控制器的控制原理，数控技术中逐点比较法的直线插补、圆弧插补、椭圆插补等原理，图像二值化原理，图形轮廓提取四邻域法原理，以及这些原理在本次机电系统综合设计中的具体应用。本小组借助VB语言进行编程，通过设计工作界面，编写程序，借助GT系统运动控制器对电动机进行控制，实现其相应的功能。详细介绍了本小组制作伺服电机控制系统的界面和原理，让读者能够在一定程度上了解数控技术，使实验操作者能够更直观的了解图像处理技术以及其它方面的相关内容。关键字：GT系统运动控制器；插补；二值化；轮廓提取第1章设计目的及需要完成的指标4第1章设计目的及需要完成的指标1.1设计目的本次机电系统综合设计要求以GT系列运动控制器为核心，以计算机语言（VB、VC等）为控制手段，通过计算机与运动控制器相互通信，对其进行运动的初始化，运动过程的控制来实现运动控制器两轴和笔架的运动，根据数控技术的差不算法绘制简单的几何图形如：直线，圆，椭圆等，以及绘制通过计算机程序图形识别、轮廓识别处理后的图形。1.2需要完成的指标利用GT系列运动控制器和GXY系列运动平台，在windows下用VB语言实现平面XY的数字加工控制。基本要求如下：1、编写GT系列运动控制器和GXY系列运动平台的初始化程序，通过初始化程序可实现系统的复位；2、编写回零程序，实现ＸＹ轴的回零操作。３、编写平面X、Y的驱动程序以控制X、Y方向的运动；４、编写插补算法以实现平面四象限的直线，顺、逆圆，顺、逆椭圆，以及圆弧和椭圆弧简单的几何图形绘制；５、编写控制程序以实现任意图象的轮廓提取，并对提取的轮廓数据进行处理，将轮廓数据转化为对两维伺服数据控制机床的驱动代码，利用伺服驱动函数库实现在该设备上的轮廓加工。６、实现以上加工图形的绘制时必须在图形绘制中实现抬笔落笔的控制和超界判断。中国石油大学（北京）机电系统课程设计报告5第2章整体思路本次机电系统综合设计，通过计算机高级语言VB实现对运动控制器运动参数，运动方式的控制。GT运动控制器提供了DOS下的运动函数库和Windows下的运动函数动态连接库，本小组使用的是Windows下的运动函数动态连接库，只要调用运动函数库中的函数，就可以实现运动控制器的各种功能。在Windows系统下使用VB中函数库，只需将设备提供的GTDeclarPCI.bas以模块的形式添加方到用户工程中，GT运动控制器提供的Windows下的运动函数动态连接库就可以直接调用。各主要功能的实现：通过ＶＢ编程，依据程序语言对运动器进行控制，运动器对电机进行控制，实现ＸＹ轴的联动，最终实现图形的绘制。其中最主要的是对插补程序的构思和编写。第3章设计依据6第3章设计依据按照本次机电系统综合设计的要求，本小组利用VB6.0的可视化编程，实现对运动控制器的控制，使运动控制按照VB程序进行单轴运动、多轴协调运动、简单几何图形插补运算绘制、复杂图形绘制等等。3.1电机驱动使能及驱动在实现GT运动控制器的运动之前，需对其运动控制卡、运动控制轴、运动控制器、专用输入信号参数设置进行初始化，初始化之后才可以实现运动控制器简单的单轴运动，多轴协动。3.1.1运动控制卡的初始化在运动控制器初始化中需先打开运动控制器设备，复位运动控制器，设置控制周期并对每一轴进行中断屏蔽。GT运动控制器库函数中提供的运动控制器初始化函数中GT_Open()用于打开运动控制器设备，GT_Reset()用于复位运动控制器，GT_SetSmplTm()用于设置控制周期，rtn=GT_SetIntrMsk()屏蔽轴中断。其中，运动控制器以特定的控制周期刷新控制输出，单位是微秒。运动控制器再控制周期内要完成必要的计算，控制周期不能太小，因此设定的范围为48—1966.08微秒。运动控制器默认的控制周期为200微秒，一般不应小于这个值。在本次设计中，始终采用200毫秒的控制周期。3.1.2对专用输入信号参数进行设置对专用输入信号参数进行设置即设置限位开关有效电平。运动控制器通过两个（正向、负向）限位开关自动地设定控制轴的运动范围。一旦限位开关被触发，运动控制器自动地禁止控制轴朝越限的方向运动。运动控制器默认的限位开关为常闭开关。即正常工作时，限位开关信号为低电平；限位开关触发时，限位开为高电平。在此用到了函数库中的GT_LmtSns(LmtSense)来对限位开关有效电平进行设置。3.1.3运动控制轴的初始化对运动控制轴的初始化则需要用GT_ClrSts()函数清除当前轴不正确状态，用GT_StepPulse()函数设置输出正负脉冲信号，用GT_AxisOn()函数开启当前轴的驱动使能3.2单轴运动在运动的初始化完成以后，便可以通过调用库函数的单轴运动命令