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1簡介

運動控制卡是一種基于PC機及工業(yè)PC機、 用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。

運動控制卡是基于PC總線，利用高性能微處理器（如DSP）及大規(guī)模可編程器件實現(xiàn)多個伺服電機的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡，包括脈沖輸出、脈沖計數(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，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機器準確的位置，糾正傳動過程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點可用于限位、原點開關(guān)等。庫函數(shù)包括S型、T型加速，直線插補和圓弧插補，多軸聯(lián)動函數(shù)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中需要定位、定長的位置控制系統(tǒng)和基于PC的NC控制系統(tǒng)。具體就是將實現(xiàn)運動控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機控制所需的各種速度、位置控制功能,這些功能能通過計算機方便地調(diào)用。現(xiàn)國內(nèi)外運動控制卡公司有美國的GALIL、PMAC，英國的翠歐，中國臺灣省的臺達、凌華、研華，大陸的研控、雷賽、固高、樂創(chuàng)、眾為興等。

運動控制卡的出現(xiàn)主要是因為：

（1）為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；

（2）在各種工業(yè)設(shè)備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；

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

運動控制卡通常采用專業(yè)運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC 機負責人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（ 例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節(jié)（包括脈沖和方向信號的輸 出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。
運動控制卡都配有開放的函數(shù)庫供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺下自行開發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開放的運動控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動化的各個領(lǐng)域。

2應(yīng)用

插補定義

機床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運動軌跡的過程。也可以說，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計算已知點之間的中間點的方法，也稱為“數(shù)據(jù)點的密化”。
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、終點之間的空間進行數(shù)據(jù)密化，從而形成要求的輪廓軌跡，這種“數(shù)據(jù)密化”機能就稱為“插補”。
插補計算就是數(shù)控裝置根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)，通過計算，把工件輪廓的形狀描述出來，邊計算邊根據(jù)計算結(jié)果向各坐標發(fā)出進給脈沖，對應(yīng)每個脈沖，機 床在響應(yīng)的坐標方向上移動一個脈沖當量的距離，從而將工件加工出所需要輪廓的形狀。

直線插補

直線插補（Llne Interpolation）這是車床上常用的一種插補方式，在此方式中，兩點間的插補沿著直線的點群來逼近，沿此直線控制刀具的運動。 一個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)控機床的刀具往往是不能以曲線的實際輪廓去走刀的,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. 插補方式有:直線插補,圓弧插補,拋物線插補,樣條線插補等 所謂直線插補就是只能用于實際輪廓是直線的插補方式（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了）.首先假設(shè)在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段（一個脈沖當量）,發(fā)現(xiàn)終點在實際輪廓的下方,則下一條線段沿y方向走一小段,此時如果線段終點還在實際輪廓下方,則繼續(xù)沿y方向走一小段,直到在實際輪廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循環(huán)類推.直到到達輪廓終點為止.這樣,實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?。ㄔ诰仍试S范圍內(nèi)）,那么此段折線和實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.

圓弧插補

圓弧插補（Circula : Interpolation）這是一種插補方式，在此方式中，根據(jù)兩端點間的插補數(shù)字信息，計算出逼近實際圓弧的點群，控制刀具沿這些點運動，加工出圓弧曲線。

復雜曲線實時插補算法

傳統(tǒng)的 CNC 只提供直線和圓弧插補，對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行插補。這種方法在處理復雜曲線時會導致數(shù)據(jù)量大、精度差、進給速度不均、編程復雜等一系列問題，必然對加工質(zhì)量和加工成本造成較大的影響。許多人開始尋求一種能夠?qū)碗s的自由型曲線曲面進行直接插補的方法。國內(nèi)外的學者對此進行了大量的深入研究，由此也產(chǎn)生了很多新的插補方法。如A（AKIMA）樣條曲線插補、C（CUBIC）樣條曲線插補、貝齊爾（Bezier）曲線插補、PH（Pythagorean-Hodograph）曲線插補、B 樣條曲線插補等。由于 B 樣條類曲線的諸多優(yōu)點，尤其是在表示和設(shè)計自由型曲線曲面形狀時顯示出的強大功能，使得人們關(guān)于自由空間曲線曲面的直接插補算法的研究多集中在它身上。