标签: 运动控制

案例概况 客户： Carbospacetech 合作伙伴 ：DynaMotion 应用场景： 模块化精细加工系统 应用场景 DynaMotion公司专门从事 电力驱动技术 领域解决方案，这家来自图林根州的公司独立于制造商工作，但在一些要求苛刻的项目上，宏集具有高性能和灵活性的控制器，提供了大量帮助。 DynaMotion公司通过宏集的控制器成功实现了具有极其复杂路径计算的应用程序。其中，宏集 B-Nimis MC Pi-Prime 发挥了关键作用。这一来自宏集的新型 工业树莓派 尽管尺寸极其紧凑，但在性能方面却进入了全新的维度。 对DynaMotion公司来说，有两件事至关重要：宏集的解决方案提供了 充足的性能 ，并通过开放式系统架构提供了 优越的灵活性 。 宏集解决方案 1.根据机械指令优化并安全实施测试系统 来自博登湖的Carbospacetech，专门为航空航天工业提供个性化的 碳解决方案 （太阳帆），并自己开发建造了一个测试设施，用于生产太阳能电池阵列的碳电池板。这项任务起初听起来并不那么棘手，但是该测试设施并不保证设备功能安全，因此测试项目并没有取得理想效果。 DynaMotion要根据机械指令将测试系统的基本设计转换为安全的生产机器，并通过优化路径计算确保在质量和数量方面获得更好的效果，同时提高可操作性。 他们常在项目中使用B-Primis DC-Prime 15 控制器，且最初也计划为这个项目使用这一控制系统。此外，还有一个带有集成 EA 的总线耦合器。经协商后，他们选择了安全的B-Nimis SC-1000控制器和一个具有安全输入和输出以及FSoE的安全模块。 然而， 复杂的轨迹计算 破坏了原计划。 极端要求 :为了使Carbospacetech能够充分发挥碳材料的性能，并生产出既轻又硬的部件，生产机器需在负重的状态下以高精度生产超薄碳线，生产机器的路径计算也十分复杂。 2. 复杂的路径计算下修正原始计划 为了充分发挥碳作为材料的性能，并能够生产出既轻又硬的部件，生产机器需在负重的状态下以高精度生产超薄碳线。对于Carbospacetech来说， 能够随时干预这一过程 也很重要。 这导致客户需要能够“动态”停止轨迹计算，并在同一点重新启动它或进行修改。路径计算也变得越来越复杂。B-Nimis SC-1000控制器+安全模块不足以应对这种复杂的路径计算。 但即使在这种情况下，宏集也能提供合适的解决方案：DynaMotion在系统中安装了 B-Nimis MC Pi-Prime —宏集的新型工业树莓派，尽管尺寸非常紧凑，但它在性能方面达到了全新的维度。 来自宏集的新型工业树莓派B-Nimis MC pi-rime尽管尺寸极其紧凑，但在性能方面却达到了全新的维度，意味着即使路径计算如此复杂也没有问题。 即使是这种极其苛刻的轨迹计算，也能在这个紧凑的算法艺术家身上顺利运行。凭借这一新控制器，Carbospacetech建立了一台 高性能且安全 的生产机器，可以满足现在和未来碳纤维复合材料生产的高要求。 案例总结 宏集的工业控制器，助力DynaMotion构建了兼备安全性和复杂路径计算功能的 三轴至五轴的龙门架解决方案 。这也适用于具有类似功能需求的其他行业。

这个项目使用步进电机高速启停并换向。需要在尽可能短时间完成相应的圈数。常用的线性加速启停的时候有很大的噪声。需要做一点运动控制。达到加速度变化连续的效果。7段加减速控制策略分t1~t7 7个阶段，Am 为速度上升段最大加速度，An为速度下降段最大加速度。 可以得到如下加速度表达式 a = Am/t1*t 0 < t

本系列文章旨在帮助读者对虹科KPA Automation体系进行一个简要的理解，并且能使用MoDK进行快速的上手操作，包括：虹科KPA Automation、虹科KPA MoDK简介，虹科KPA MoDK的运行环境搭建与例程测试。本文档搭建的虹科KPA MoDK运行环境，是基于Win10，并且是以C/C++为开发语言进行的。若您有任何疑问，欢迎您评论、私信或联系sales@hkaco.com，虹科工程师将给您专业的解答。 程序准备： ①虹科KPA EtherCAT Studio ②虹科KPA MDK ③高于2.8版本的CMAKE ④Visual Studio、V-REP机器人仿真平台 ⑤虹科KPA MoDK 一、虹科KPA EtherCAT Studio简介 虹科KPA EtherCAT Studio是一站式的开发软件，可以连接至本地或远程的虹科KPA Master，进行整个EtherCAT网络的组态扫描，状态机切换，过程数据地址表确认等等操作，实现EtherCAT网络的组态、监视、诊断等功能。 结合MoDK使用时，我们需要虹科KPA EtherCAT Studio进行整个ECAT网络的组态，以及电机轴的各项参数设置，如绑定驱动器（伺服），驱动模式，电机最大速度、加速度、加加速度等等。 部分操作界面如下图所示，“MoDK例程测试”一章会详细阐述操作的步骤。 二、安装虹科KPA EtherCAT Studio 请注意，MoDK所需要的Motion Configuration Utility插件，只有在虹科KPA EtherCAT Studio 2中才有，所以我们安装的Studio版本，也必须是2.x版本的。步骤流程如下： 1. 获取studio安装包 如果您在虹科的合作伙伴KPA的官网上自行获取Studio安装包，那么流程将相对复杂，大致流程如下：注册KPA账户→填写缘由申请Trial版本的Studio（或者其他的试用产品）→等待KPA批复→KPA确认后在您的帐户中提供下载链接。 由于流程复杂且KPA批复时间不定，我们建议您联系虹科工程师给您分享Studio安装包。 2. 安装Studio 获取安装包后，您会得到一个msi安装文件，点击即进入安装流程。 请注意安装时候的两个路径，其中一个是Studio程序本体的安装路径，另外一个时Studio所需要调用的一些周边数据的路径，包括插件（如MoDK所需要的Motion Configuration Utility）、ECAT从站库等等。您可以自行修改安装目录。 接下来一路点击next完成安装即可。 Tips：Studio打开时需要扫描从站库文件夹加载ECAT从站库，这个过程耗时较长，且其中多数从站都不会用到，导致用户体验不佳，您可以参照以下步骤，快速加载Studio。 1）打开从站库文件夹 2）备份后删除 此时回到Studio，右键从站库空白处，点击“Reload collection”，可观察从站库已清空。 此时重新打开Studio，可以看到Studio的启动加载时间极大缩短了。 3）仅将所需设备的xml放入从站库文件夹，重新加载从站库 此时开启Studio后，只需要将将所需设备的xml放入从站库文件夹，重新加载从站库即可。 3. 为Studio绑定License 请注意，Studio可以运行在无需License的demo模式下，其性能会有所限制，仅允许从站有15个字节的PDO数据，多于15字节则PDO数据无法下发，并且运行其单次运行时间会有限制。MDK/MoDK运行环境的单次运行时间最多为1小时，1小时后运行环境将自动关闭。如需协助，欢迎联系虹科工程师。 三、安装虹科KPA Modk 虹科KPA MDK（Master Development kit）包括虹科KPA MRT（Master Runtime）和虹科KPA MIP（Master Integration），前者是虹科KPA Master的运行环境，后者是虹科KPA Master的头文件、库文件以及例程源代码。两者均以安装包的形式提供，请注意MoDK目前仅支持虹科KPA MDK 1.6及以下版本，虹科KPA MDK 2.0以上暂不支持。 ①虹科KPA MRT安装过程 虹科KPA MRT的安装过程中包括WinPcap 4.1.3的安装，可能会出现WinPcap不支持当前系统（WIN10）的问题。但点击确定后仍可以完成安装。 一路点击next完成安装即可。安装完成后会提示重启计算机，您可以在安装完其余组件后再一次性重启。 ②虹科 KPA MIP 的安装过程 此处须记住Installation location的安装路径，在下一节CMAKE编译中，我们需要指定的MDK引用路径，就在其中。 一路点击next完成安装即可。安装完成后会提示重启计算机，您可以在安装完其余组件后再一次性重启。 四、VS 2019、V-REP机器人仿真平台安装 严格上来说Visual Studio的版本并没有严格规定，只要不是太过时都可以使用，笔者使用的是VS 2019 community进行开发。Visual Studio的资源及安装流程在网上比较常见，请您自行查找，或者也可以找我们索要安装包。由于cmake编译生成MoDK需要使用现成的编译器，请务必在cmake编译生成MoDK工程前完成VS（或其它IDE）的安装。 V-REP机器人仿真平台是一个开源的机器人仿真平台，使用EDU（教育版）可以免费使用其所有功能。 五、CMAKE编译MoDK例程 上文提到，MoDK可根据不同的OSAL库文件运行于不同的操作系统下，为了实现这种平台无关性，MoDK本身仅以源代码和库的形式提供，包括C文件、头文件、库文件以及CMAKE list文件，不包括任何平台相关的项目文件，需要您自己手动使用CMAKE进行源代码编译。如果您需要帮助，欢迎联系虹科工程师。

本系列文章旨在帮助读者 对 虹科 KPA Automation体系进行一个简要的理解，并且能使用 MoDK 进行快速的上手操作 ， 包括： 虹科 K PA A utomation、 虹科 K PA M oDK简介， 虹科 K PA MoDK的运行环境搭建与例程测试。本文档搭建的 虹科 K PA M oDK运行环境，是基于Win10，并且是以C /C++ 为开发语言进行的。 若 您有任何疑问，欢迎您联系我们 （4 00-999-3848 ） ，虹科工程师将给您专业的解答。 虹科 K PA A utomation 运行体系 K PA Automation 是一套完整的控制体系，由几个层级组成，自下而上分别是：设备层、总线层、控制层、应用层。每一层功能相对独立，并提供层间交互的接口，高层的内容可以使用您自己的方法实现，如总线层使用 K PA Master ，控制层使用您自己的控制器。但是低层的内容不能被替换，如使用 K PA motion 而不使用 K PA Master ，这种方式不可行。 每一层的作用简要如下： 设备层： 实际的被控设备，由总线层进行数据收发。 总线层： 接收来自控制层 / 设备层的数据，并转发至设备层 / 控制层，目前支持的总线协议有： EtherCAT 、 M odBus 、 CAN 、 CAN open 、 PROFIBUS 。具体支持的协议类型，还与控制层具 体所选的控制器相关。 MoDK 也支持使用 V REP 机器人仿真平台。 控制层： 控制器所在的层级，可灵活选择多种类型的控制器。可以选择 K PA Straton ，结合 MoDK/ MDK 时也可以选用 C /C++ 应用程序。 应用层： 主要用于数据的采集、监控和分析。 二、 虹科 K PA MoDK 简介 1. 概述 虹科 K PA M oDK 在 虹科 KPA A utomation 控制体系中处于控制层一级，是控制系统中可选的一个模块。结合 虹科 KPA Straton 时，使用的是 5 种标准 P LC 语言开发， MoDK 以功能块的形式呈现；直接使用 C /C++ 进行开发时， MoDK 则以独立的开发包 / 库形式呈现。 M oDK 的功能块 / 函数接口完全符合 P LC open part1/part4 标准，使用 Straton 进行开发时，只需按顺序调用功能块即可：初始化环境→初始化轴实例→运动控制；使用 C /C++ 开发时的流程也类似，但是每一步的 A PI 调用则要遵循以下顺序：功能块变量声明→功能块实体创建→调用功能块。具体的流程将于下文中详细阐述。 虹科 KPA M oDK 目前支持的 P LC open 运动控制函数如下： 可以看到 MoDK 涵盖了 P LC open part1/part4 中的绝大多数功能块，并有性能优异的路径生成器，使得控制循环能低于 1ms ，能满足绝大多数的应用需求。 2. 特性 ① MoDK 立足于 虹科 KPA 自研的可扩展 OSAL （操作系统抽象层），只要使用不同的 OSAL 库文件进行编译，即可运行于多种操作系统下。 ②最多支持三轴联动，点对点的轴控制理论上不限制轴数，仅取决于运行平台的性能。 ③控制循环低于 1ms ，同时拥有优秀的路径生成器。 ④ Motion 函数遵循 PLCopen part1/part4 标准编写，可集成于 虹科 KPA Straton 环境中，使用 PLC 语言编程，更加容易上手使用；也可以跳脱出 Straton 环境，以 C/C++ 库形式提供开发包，使用计算机语言开发。 ⑤支持 虹科 KPA matser 1.x/ 暂不支持 2.x 版本。 ⑥支持控制 3 种对象： Simulation 虹科 KPA 运行环境内部仿真（纯文字参数仿真） /Vrep 机器人仿真平台 /ECAT & CiA402 设备。 ⑦初始化参数可以在 Studio 中的 Motion Configuration Utility 进行配置，减少初始化过程中的代码量，并可以在运行过程中动态调整运动参数的最大值（如速度、加速度、加加速度）。 ⑧ C /C++ 开发提供 22 个演示例程，涵盖了 motion 的绝大多数功能，使用 CMAKE 设置参数进行编译，可以得到不同平台、不同操作系统下的工程文件，可直接进行演示。