基于VB的多轴运动控制系统的软件开发与应用

乐 英，马坤英，韩庆瑶

（华北电力大学，河北 保定 071003）

0 引言

随着自动控制系统变得越来越复杂，系统需要多个变量描述且需要同时控制这些变量。为了提高产品质量和产量，运动控制系统正在不断地深入到各个领域并得以迅速发展，如机器人要求系统同时控制几个运动变量，且同时协调控制多台电机。数控机床在加工复杂形状的零件时，大多需要五轴联动，同时控制横向和纵向的走刀，即系统要同时控制多个变量。其应用范围涵盖数控加工业、汽车制造业和机器人等多个领域。通过开发实时多轴运动控制系统软件来满足实际工作的需求，已经成为备受关注的研究课题[1，2，3]。

然而面对众多的控制产品，如何开发方便、快捷的控制软件成为摆在研发人员面前的一个重大难题。本文以实验室搭建的多轴控制系统为实验平台，编写了多轴控制器的VB控制软件。实验结果表明，此软件不但操作简单，而且能实现多轴的协同控制，具有良好的应用前景。

1 多轴控制系统

1.1 系统概述

多轴控制系统实验平台主要构成如图1所示。此实验平台主要由控制柜、驱动器、伺服电机、直线导轨、电源线及USB接口线组成。系统的核心是安装在控制柜中的运动控制器，整个系统通过独立开发的VB控制软件进行控制，与其它控制器相比，多轴控制系统的处理速度更快，效率更高。

图1 多轴控制系统实验平台结构图

1.2 系统的控制方式

本系统采用全闭环控制方式，通过安装于电机上的编码器和安装在直线导轨上的光栅系统，实现对电机的双位置环反馈。这种控制方式不但具有较高的控制精度，而且具有较好的快速响应性。全闭环控制系统框图如图2所示。

图2 全闭环控制系统框图

1.3 系统硬件设计

本多轴运动控制系统的硬件由PC机、运动控制器、伺服电机、伺服驱动器、执行机构等部分组成。

1.3.1 PC主机

PC主机是技术人员与多轴控制系统间进行交互的平台，是信息交换的媒介，操作人员通过PC机把控制指令发给控制器，由控制器控制执行机构的动作，完成各种动作指令[4]。

1.3.2 运动控制器

本文采用NextMove运动控制器，这是一种用于伺服和步进电机的高性能智能控制器，其核心是Mint运动程序设计语言。

NextMove结构使用浮点数字信号处理器（DSP）技术加上一个现场可编辑门阵列（FPGA）。其特性包括控制可多达16根轴，点对点运动，支持功能强大的CANopen通信协议，Mint编程等。利用组合的DSP和FPGA内核，NextMove很容易解决最复杂的应用实例。

1.3.3 伺服驱动器

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，本系统采用MicroFlex伺服驱动器。这是一种多性能无刷伺服驱动器，主要应用于高精度的定位系统之中，可以实现单轴交流无刷驱动，多种反馈接口，也可以实现位置、速度和电流控制。

1.3.4 伺服电机

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。通过内部编码器的反馈作用，伺服电机对电机的速度、位置进行控制。可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。本系统采用Baldor直线电机，可以进行直联无回差运动，摩擦小，寿命长。

2 控制系统的软件开发

2.1 应用开发工具

本文借助Mint程序设计语言进行VB程序的软件开发，通过Mint ActiveX进行Windows程序设计。目前大多使用 C#、Visual Basic、Visual C++、LabVIEW或其它一些符合ActiveX的开发工具，对Mint应用进行基于PC的控制。例如，各HMI特征显示，多轴轨迹数据的计算，经过USB至控制器的数据流动等方面的应用。

2.2 VB开发流程

通过使用Mint ActiveX控制插件和NextMove控制器相连创建一个微软VB的应用程序。此系统还可以通过改变设置来连接其它的控制器。以下是使用微软Visual Basic 6.0进行连接的操作过程。

（1）从文件菜单打开Visual Basic 6.0，点击新建工程，从工程类型中选择Stand EXE，点击确定，进入微软Visual Basic的开发环境。

（2）在项目菜单中单击部件，将显示一个对话框，在对话框中会列出所有注册的ActiveX控件。单击复选框关联Mint ActiveX控件，然后单击OK。在这里需要选择Mint Controls Build 5563，所选的构建数字可能由于安装在电脑上的程序ActiveX控件的版本不同而有所不同。

（3）一旦Mint ActiveX控制被包含在一个项目中，Mint图标将出现在工具箱中。使用Mint ActiveX控件的项目将其加载到Form之中的具体过程如图3所示。

图3 Mint ActiveX控件加载过程图

ActiveX控件的属性包括姓名和字段。这是在代码中使用名称识别ActiveX控制，在此编程中它是MintController1。Mint ActiveX控件必须创建一个链接，连接到控制器。双击表格打开一个编辑器窗口，编写加载函数如下：

Private Sub Form Load（）

'Create link to controller

Dim mpos

On Error GoTo ErrorHandler

'mSuspend=False

MintController1.SetUSBControllerLink 0

MintController1.DoCancelAll

Timer1.Enabled=True

Exit Sub

ErrorHandler：

MsgBox"请确认是否已连接运动控制器"

End Sub

这段代码将读取继电器的状态，并将其进行转化。运行应用程序，当按钮被按下时，会给继电器输电以控制电机的转动。

2.3 编程实例

利用VB编写的多轴系统控制界面如图4所示。从图中可以看出，操作员不但可以方便地对轴的加速度、减速度、速度、相对位置等进行设置，还可以通过当前位置窗口观察各轴的运动情况。此外，还可以通过轴选择界面，对多轴系统进行单轴或多轴的协同控制。

图4 VB控制界面图

3 结论

本文编写的多轴系统控制软件，充分利用了多轴控制系统的控制特点，通过对不同轴的选择，既可以实现对多轴控制系统的单轴运动控制，又可以对控制系统实现多轴协调运动控制。利用VB编写的控制软件不但操作方便，控制灵活，还可以根据用户需求进行进一步开发。

［1］李国厚.步进电机驱动与控制系统的设计［J］.煤矿机械，2008，29（2）：114-116.

［2］孙一兰.多轴控制系统的研究［D］.沈阳：东北大学机械工程与自动化学院，2005.

［3］宋宝，周云飞.多运动轴协同控制的研究［J］.机床与液压，2004（10）：41-143.

［4］余世超，高志，邵鹏.基于单片机的步进电机控制系统设计与研究［J］.煤矿机械，2010，31（5）：210-212.