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1簡(jiǎn)介

運(yùn)動(dòng)控制卡是一種基于PC機(jī)及工業(yè)PC機(jī)、 用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。

運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC總線，利用高性能微處理器（如DSP）及大規(guī)模可編程器件實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進(jìn)/伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，包括脈沖輸出、脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能，它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過(guò)改變發(fā)出脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來(lái)控制電機(jī)的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計(jì)數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，糾正傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點(diǎn)可用于限位、原點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。庫(kù)函數(shù)包括S型、T型加速，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，多軸聯(lián)動(dòng)函數(shù)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中需要定位、定長(zhǎng)的位置控制系統(tǒng)和基于PC的NC控制系統(tǒng)。具體就是將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能,這些功能能通過(guò)計(jì)算機(jī)方便地調(diào)用。現(xiàn)國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制卡公司有美國(guó)的GALIL、PMAC，英國(guó)的翠歐，中國(guó)臺(tái)灣省的臺(tái)達(dá)、凌華、研華，大陸的研控、雷賽、固高、樂(lè)創(chuàng)、眾為興等。

運(yùn)動(dòng)控制卡的出現(xiàn)主要是因?yàn)椋?/p>

（1）為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開(kāi)放性等要求；

（2）在各種工業(yè)設(shè)備（如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等）、國(guó)防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái)；

（3）PC機(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機(jī)的強(qiáng)大功能。

運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心，大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。一般地，運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC 機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（ 例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸 出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。
運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。

2應(yīng)用

插補(bǔ)定義

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程。也可以說(shuō)，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計(jì)算已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法，也稱為“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。
數(shù)控裝置根據(jù)輸入的零件程序的信息，將程序段所描述的曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)之間的空間進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，從而形成要求的輪廓軌跡，這種“數(shù)據(jù)密化”機(jī)能就稱為“插補(bǔ)”。
插補(bǔ)計(jì)算就是數(shù)控裝置根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算，把工件輪廓的形狀描述出來(lái)，邊計(jì)算邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)發(fā)出進(jìn)給脈沖，對(duì)應(yīng)每個(gè)脈沖，機(jī) 床在響應(yīng)的坐標(biāo)方向上移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離，從而將工件加工出所需要輪廓的形狀。

直線插補(bǔ)

直線插補(bǔ)（Llne Interpolation）這是車床上常用的一種插補(bǔ)方式，在此方式中，兩點(diǎn)間的插補(bǔ)沿著直線的點(diǎn)群來(lái)逼近，沿此直線控制刀具的運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)零件的輪廓往往是多種多樣的,有直線,有圓弧,也有可能是任意曲線,樣條線等. 數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實(shí)際輪廓去走刀的,而是近似地以若干條很小的直線去走刀,走刀的方向一般是x和y方向. 插補(bǔ)方式有:直線插補(bǔ),圓弧插補(bǔ),拋物線插補(bǔ),樣條線插補(bǔ)等 所謂直線插補(bǔ)就是只能用于實(shí)際輪廓是直線的插補(bǔ)方式（如果不是直線,也可以用逼近的方式把曲線用一段段線段去逼近,從而每一段線段就可以用直線插補(bǔ)了）.首先假設(shè)在實(shí)際輪廓起始點(diǎn)處沿x方向走一小段（一個(gè)脈沖當(dāng)量）,發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)在實(shí)際輪廓的下方,則下一條線段沿y方向走一小段,此時(shí)如果線段終點(diǎn)還在實(shí)際輪廓下方,則繼續(xù)沿y方向走一小段,直到在實(shí)際輪廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循環(huán)類推.直到到達(dá)輪廓終點(diǎn)為止.這樣,實(shí)際輪廓就由一段段的折線拼接而成,雖然是折線,但是如果我們每一段走刀線段都非常小（在精度允許范圍內(nèi)）,那么此段折線和實(shí)際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的--------這就是直線插補(bǔ).

圓弧插補(bǔ)

圓弧插補(bǔ)（Circula : Interpolation）這是一種插補(bǔ)方式，在此方式中，根據(jù)兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，加工出圓弧曲線。

復(fù)雜曲線實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法

傳統(tǒng)的 CNC 只提供直線和圓弧插補(bǔ)，對(duì)于非直線和圓弧曲線則采用直線和圓弧分段擬合的方法進(jìn)行插補(bǔ)。這種方法在處理復(fù)雜曲線時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大、精度差、進(jìn)給速度不均、編程復(fù)雜等一系列問(wèn)題，必然對(duì)加工質(zhì)量和加工成本造成較大的影響。許多人開(kāi)始尋求一種能夠?qū)?fù)雜的自由型曲線曲面進(jìn)行直接插補(bǔ)的方法。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的深入研究，由此也產(chǎn)生了很多新的插補(bǔ)方法。如A（AKIMA）樣條曲線插補(bǔ)、C（CUBIC）樣條曲線插補(bǔ)、貝齊爾（Bezier）曲線插補(bǔ)、PH（Pythagorean-Hodograph）曲線插補(bǔ)、B 樣條曲線插補(bǔ)等。由于 B 樣條類曲線的諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在表示和設(shè)計(jì)自由型曲線曲面形狀時(shí)顯示出的強(qiáng)大功能，使得人們關(guān)于自由空間曲線曲面的直接插補(bǔ)算法的研究多集中在它身上。