实验1 了解运动控制实验系统1．1 实验目的1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。

2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。

3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。

1．2 实验设备1、运动控制系统实验平台一台。

2、微型计算机一台。

1．3 概述此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。

该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。

通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。

1．4 运动控制系统组成PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。

运动控制实验台结构图如下：图1.1系统硬件方框图*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。

伺服电机（及其驱动器）：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

步进电机（及其驱动器）：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

变频电机（及其变频器）：变频电机与普通交流电机并无大异。

主要靠变频器来调节输入给变频电机交流信号的频率来改变电机转速。

如数控机床上的主轴电机。

运动控制器（卡）：运动控制器就是通过读取PC机把编程语言并把他们转化为控制电机的输入信号，以达到用户的控制要求的一个装置。

本系统所用控制器型号：GE-300-SV-PCI-R1．5 系统接线：伺服接线：伺服驱动器端L1，L2与220V交流电连接；伺服电机端电源引线红线连U，蓝色连V，黄色连W，黄绿色连FG；伺服电机端编码器引线与伺服驱动器端CN3端口相连；伺服驱动器端CN2端口与运动控制器端子板CN5(CN6)连接起来。

步进接线：步进驱动器端V+/V-与直流24V电源相连；步进电机与步进驱动器接线参考电机上的接线简图即可顺利完成；步进驱动器端pu+端口与运动控制器端子板CN7(23口)相连，pu-端口与CN7(11口)相连、DR+端口与CN7(9口)相连，DR-端口与CN7(22口)相连。

主轴接线：变频器R/L1，S/L2，T/L3任意两个端口与220V交流电电源连接；交流电机三条引线与变频器U/T1，V/T2，W/T3相连（没有顺序，随意连接）；变频器端AVI与运动控制器端子板CN8（8口）连接，GND（实际+10v）与CN8(13口)连接，且变频器端的GND与M0或M1连接（与M0连接正转，与M1连接反转）。

端子板电源接线：直流24V电源与端子板端电源接口相连（注意正负问题，不要接反）。

1．6 实验内容步骤：1、对以上理论知识进行学习，分析“实验目的”的内容，之后进行资料搜索（网上，如学校图书馆网站），了解运动控制系统是什么，作用是什么，主要的几种控制模式谈自己对运动控制系统的认识（课后要阅读一定量的相关知识，以对运动控制系统有一个较深的了解）。

2、观察实验室中的运动控制平台，结合实验内容，给出一种你所了解的机器的运动控制结构及方案。

3、给系统接好线。

对伺服电机进行通电试运行，了解参数设置过程。

观察步进电机，熟悉其功能。

通过对变频器的设置来对变频电机进行控制。

4、首先给系统进行接线，把所有电机与控制器进行接线。

5、检查接线是否正确，然后开通电源给系统上电。

6、对电机进行通电试运行，通过面板对电机进行控制（参考数据手册，对伺服，步进，变频电机进行面板控制）。

安全注意：因本系统中的电源都是220V交流电，所以要注意用电安全，以免造成不必要的伤害。

电机的转速可以达到很大，故电机运转时不要使身体与电机轴发生接触。

实验2 控制系统的安装2．1 实验目的：掌握运动控制系统的软硬件安装过程，对其进行软硬件安装。

为以后的实验打好基础。

2．2 实验设备：1、运动控制实验台一套。

2、微型计算机一台。

2．3 硬件部分：PCI 系列GE-X00-SX 运动控制器的外形结构如下图2.1所示：图2.1 运动控制器的外形结构图GE-X00-SX（其中X00=200、300 或400）运动控制器的端子板外形结构图如下图2.2及所示，连线如图表2.1所示：图2.2 运动控制器的端子板外形结构图表2-1 GE-X00-SX 端子板接口定义硬件安装步骤：请按照以下安装步骤建立控制系统：步骤1：将运动控制卡插入计算机；1. 用随板配备的62-Pin 扁平电缆，将运动控制器的CN2 接口与转接挡板（ACC1）相连接。

2. 关断计算机电源，对于PCI 卡，打开计算机机箱，选择一条空闲的PCI 插槽，将运动控制器可靠地插入该槽，同时将转接板(ACC1)也固定在机箱上。

3. 盖上计算机机盖，打开PC 电源，启动计算机。

步骤2：安装运动控制器通讯驱动（仅对Windows）；1．在硬件安装好，启动计算机后，Windows98/2000 将自动检测到运动控制器，并启动“添加新硬件向导”。

在向导提示下，点击“下一步”。

2．在“希望Windows”进行什么操作？”的提示下，选择“搜索设备的驱动程序（推荐）。

”，点击“下一步”。

3．将产品配套光盘放入光驱。

4．选择“指定位置”，利用“浏览”选择“光驱：\Windows\Setup\PCI 驱动”下相应操作系统的目录。

5．跟随“添加硬件向导”点击“下一步”，直到完成。

步骤3：建立主机与运动控制器的通讯；对于选用GE 连续轨迹运动控制器的用户，请选用雕刻机演示软件测试主机是否和运动控制器建立了联系；对于选用了GE 点位运动控制器的用户，请用附带的DEMO 软件测试主机是否和运动控制器建立了联系。

详细操作请参见对应的教学软件。

如果雕刻机演示程序或DEMO 能正常工作，证明运动控制器通讯正常。

否则会提示初始化卡失败，证明运动控制器通讯失败。

在通讯成功的前提下，用户可进行系统的运行。

步骤4：连接电机和驱动器；在驱动器没有与运动控制器连接之前，连接驱动器与电机。

用户必须详细的阅读驱动器的说明书，正确连接。

按照驱动器说明书的要求测试驱动器与电机，确保其工作正常。

步骤5：连接运动控制卡和端子板；关闭计算机电源，取出产品附带的两条屏蔽电缆。

一条屏蔽电缆连接控制器的CN1 与端子板的CN1，另一条屏蔽电缆连接转接板的CN2 与端子板的CN2。

保证外部电路正常运行，必须连接此两条屏蔽电缆。

步骤6：连接驱动器、系统输入/输出和端子板。

1、连接端子板电源端子板的CN3 接用户提供的外部电源。

板上标有+12V～/24V 的端子接外部电源的+12V/+24V，标有OGND 的接外部电源地，至于使用的外部电源的具体的电压值，取决外部的传感器和执行机构的供电要求，使用时应根据实际要求选择电源。

2、专用输入、输出连接对于GE-X00-SX 运动控制器：专用输入包括：驱动报警信号、原点信号和限位信号，通过端子板的CN5(CN6、CN7)与驱动器，CN12和外部开关分别相连。

专用输出包括：驱动允许，驱动报警复位。

专用输出通过端子板CN5、CN6、CN7 与驱动器连接。

CN5 对应1 轴，CN6 对应2 轴，CN7 对应3 轴。

相应的引脚定义及接线请参考固高运动控制手册。

2．4 软件部分：运动控制器函数库的使用GE 系列运动控制器提供DOS 下的C 语言函数库和Windows 下的动态链接库。

用户只要调用函数库中的指令，就可以实现运动控制器的各种功能。

下面分别讲述DOS、Windows 系统下函数库的使用方法。

（我们主要学习后者和在Visual C++中编程的实现）*如想采用其他软件编写程序详细内容请参考《GE系列运动控制器编译手册》Windows 系统下动态链接库的使用在Windows 系统下使用GE 系列运动控制器，首先要安装驱动程序，GE 系列运动控制器的驱动程序存放在产品配套光盘的Windows\Driver 文件夹下。

运动控制器指令函数动态链接库存放在产品配套光盘的Windows\VC（ Windows\VB 或Windows\Delphi ）文件夹下。

连续轨迹运动控制器（GE-X00-SX）的动态链接库文件名为ges.dll，点位运动控制（GE-X00-PX）的动态链接库文件名为gep.dll。

在Windows 系统下，用户可以使用任何能够支持动态链接库的开发工具来开发应用程序。

下面分别以Visual C＋＋、Visual Basic 和Delphi 为例讲解如何在这些开发工具中使用运动控制器的动态链接库。

Visual C++中的使用1．启动Visual C＋＋，新建一个工程；2．将产品配套光盘Windows\VC 文件夹中的动态链接库、头文件和lib文件复制到工程文件夹中；3．选择“Project”菜单下的“Settings…”菜单项；4．切换到“Link”标签页，在“Object/library modules”栏中输入lib 文件名（例如ges.lib）；5．在应用程序文件中加入函数库头文件的声明，例如：＃ include“ ges.h”；6．至此，用户就可以在Visual C＋＋中调用函数库中的任何函数，开始编写应用程序。

2．5 实验内容步骤：1、按照所讲对电机进行连线与设置，把伺服电机调成用模拟量控制（即将F00设置为0），步进电机调成用脉冲+方向控制。

并学会如何在VC++开发工具中使用运动控制器的动态链接库2、对系统的硬件安装过程进行学习，并安装并调试好整个系统的硬件设备。

3、按照本节的理论知识安装运动控制系统的软件部分，并检验是否有错误，下一节将进行程序的编写过程，所以本节的任何操作不允许有错误出现。