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強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核MotionRT750
MotionRT750是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)首家自主自研的x86架構(gòu)Windows系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)下獨(dú)占確定CPU的強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核。
該方案采用獨(dú)占確定CPU內(nèi)核技術(shù)實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)性能的強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制。它將核心的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人算法、數(shù)控（CNC）及機(jī)器視覺等強(qiáng)實(shí)時(shí)的任務(wù)，集中運(yùn)行在1-2個(gè)專用CPU核上。與此同時(shí)，其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實(shí)時(shí)任務(wù)。
此外集成MotionRT750 Runtime實(shí)時(shí)層與操作系統(tǒng)非實(shí)時(shí)層，并利用高速共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，顯著提升了運(yùn)動(dòng)控制與上層應(yīng)用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度，最終實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的智能裝備控制，確保了運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)的絕對(duì)實(shí)時(shí)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性，特別適用于半導(dǎo)體、電子裝備等高速高精的應(yīng)用場合。
MotionRT750應(yīng)用優(yōu)勢：
1.跨平臺(tái)兼容性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，適配不同等級(jí)CPU。
2.開發(fā)靈活性：提供多語言編程接口，便于二次開發(fā)與功能定制。
3.實(shí)時(shí)性提升：通過CPU內(nèi)核獨(dú)占機(jī)制與高效LOCAL接口，實(shí)現(xiàn)2-3us指令交互周期，較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍。
4.擴(kuò)展能力強(qiáng)化：多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運(yùn)動(dòng)控制及500usEtherCAT周期。
5.系統(tǒng)穩(wěn)定性：32軸125us EtherCAT冗余架構(gòu)消除單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，保障連續(xù)生產(chǎn)。
6.安全可靠性：不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響，藍(lán)屏?xí)r仍可維持急停與安全停機(jī)功能有效，確保產(chǎn)線安全運(yùn)行。
7.功能擴(kuò)展性：實(shí)時(shí)內(nèi)核支持C語言程序開發(fā)，方便功能拓展與實(shí)時(shí)代碼提升效率。
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超實(shí)時(shí)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE6032H
XPCIE6032H運(yùn)動(dòng)控制卡集成6路獨(dú)立EtherCAT主站接口。整卡最高可支持254軸運(yùn)動(dòng)控制；125usEtherCAT通訊周期時(shí)，兩個(gè)端口配置冗余最高可支持32軸運(yùn)動(dòng)控制。6個(gè)EtherCAT主站各通道獨(dú)立工作，多EtherCAT主站互不影響。
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XPCIE6032H運(yùn)動(dòng)控制卡面向半導(dǎo)體設(shè)備、精密3C電子、生物醫(yī)療儀器、新能源裝備、人形機(jī)器人及激光加工等高速高精場景，為固晶機(jī)、貼片機(jī)、分選機(jī)、鋰電切疊一體機(jī)、高速異形插件設(shè)備等自動(dòng)化裝備提供核心運(yùn)動(dòng)控制支持。
XPCIE6032H硬件特性：
1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機(jī)性能與實(shí)時(shí)性足夠)。
2.板卡集成6路獨(dú)立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運(yùn)動(dòng)控制。
3.搭載運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升10-100倍以上。
5.板載16路高速輸入，16路高速輸出。
6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。
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超實(shí)時(shí)EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE2032H
XPCIE2032H集成2路獨(dú)立EtherCAT接口。整卡最高可支持至254軸運(yùn)動(dòng)控制；125usEtherCAT通訊周期時(shí)，單接口最高可支持32軸運(yùn)動(dòng)控制。2個(gè)EtherCAT主站各通道獨(dú)立工作，多EtherCAT主站互不影響。
雙EtherCAT主站端口可任意設(shè)置為以下通道，且兩個(gè)端口也設(shè)置為不同類型通道:
● 高速通道-EtherCAT通訊周期125us
● 常規(guī)通道-EtherCAT通訊周期250us-8ms
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XPCIE2032H硬件特性：
1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機(jī)性能與實(shí)時(shí)性足夠)。
2.板卡集成2路獨(dú)立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運(yùn)動(dòng)控制。
3.搭載運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升10-100倍以上。
5.板載8路高速輸入，16路高速輸出。
6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。
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PCIe EtherCAT實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H
XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制卡，可選6-64軸運(yùn)動(dòng)控制，支持多路高速數(shù)字輸入輸出，可輕松實(shí)現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸。
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XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡集成了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能，結(jié)合MotionRT7運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)軟核，解決了高速高精應(yīng)用中，PC Windows開發(fā)的非實(shí)時(shí)痛點(diǎn)，指令交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIe快10倍。
XPCIE1032H硬件特性：
1.6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出。
2.16軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯(lián)動(dòng)。
3.板載16點(diǎn)通用輸入，16點(diǎn)通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出。
4.通過EtherCAT總線，可擴(kuò)展到512個(gè)隔離輸入或輸出口。
5.支持PWM輸出、精準(zhǔn)輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等。
6.支持直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工（速度前瞻）。
7.支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>
8.支持30+機(jī)械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...
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一.C#語言進(jìn)行PC上位機(jī)的軟著陸功能實(shí)現(xiàn)開發(fā)
1.在VS2019菜單“文件”→“新建”→“項(xiàng)目”，啟動(dòng)創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)А?/p>
2.選擇開發(fā)語言為“C#”和Windows窗體應(yīng)用程序，點(diǎn)擊下一步。
3.配置好項(xiàng)目名稱和位置，以及相應(yīng)框架，點(diǎn)擊創(chuàng)建。
4.找到廠家提供的光盤資料里面的C#函數(shù)庫，路徑如下（64位庫為例）。
進(jìn)入廠商提供的光盤資料，找到zauxdll.dll，zmotion.dll和Zmcaux.cs這三個(gè)庫文件。庫文件路徑：【00光盤資料】→【04PC函數(shù)】→【01PC函數(shù)庫V2.1】→【W(wǎng)indows平臺(tái)】→【C#】→【64位】→【庫文件】。
5.將廠商提供的C#的庫文件以及相關(guān)文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目中。
（1）將zmcaux.cs文件復(fù)制到新建的項(xiàng)目里面中。
（2）將zauxdll.dll和zmotion.dll文件放入bin\debug文件夾中。
（3）將Zmcaux.cs文件添加進(jìn)項(xiàng)目中。右鍵項(xiàng)目名稱，選擇添加，再選擇現(xiàn)有項(xiàng)，選擇Zmcaux.cs文件。
6.雙擊Form1.cs里面的Form1，出現(xiàn)代碼編輯界面，在文件開頭寫入using cszmcaux，并聲明控制器句柄g_handle。
至此，項(xiàng)目新建完成，可進(jìn)行C#項(xiàng)目開發(fā)。
二.相關(guān)PC函數(shù)介紹
PC函數(shù)手冊(cè)可在光盤資料獲取，具體路徑如下：“00光盤資料\03編程手冊(cè)\03ZMotion PC函數(shù)庫編程手冊(cè)”。
三.C#軟著陸功能代碼實(shí)現(xiàn)示例
在工業(yè)自動(dòng)化與高精度運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，設(shè)備的停止過程往往比運(yùn)動(dòng)過程更考驗(yàn)系統(tǒng)的控制性能。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制方式在臨近目標(biāo)位置時(shí)仍維持較高速度，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)承受較大慣性沖擊，引起設(shè)備振動(dòng)、定位偏差、零件磨損甚至工件損傷。
軟著陸功能作為一種先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制策略，通過智能化的速度規(guī)劃與平滑切換機(jī)制，顯著提升了設(shè)備在停止階段的控制品質(zhì)與可靠性。
1.軟著陸功能的定義與核心機(jī)制
軟著陸本質(zhì)上是一種基于分段速度曲線的運(yùn)動(dòng)控制方法。其核心思想是將整個(gè)定位過程劃分為如下兩個(gè)主要階段：
（1）高速趨近階段
在此階段，運(yùn)動(dòng)軸以系統(tǒng)允許的最高效率速度向目標(biāo)位置移動(dòng)，確保整體運(yùn)動(dòng)過程具備良好的時(shí)間性能與生產(chǎn)效率。
（2）低速精停階段
在接近目標(biāo)位置某一設(shè)定距離（即“切換點(diǎn)”）時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)切換至預(yù)先設(shè)定的低速模式，以極小且可控的速度完成最終階段的位移。此舉極大降低了系統(tǒng)動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)接近無沖擊的停止效果。
該控制結(jié)構(gòu)不僅在機(jī)械層面減少?zèng)_擊，也可在需要力控制的場合（如精密裝配、半導(dǎo)體壓合、光學(xué)對(duì)位等）實(shí)現(xiàn)終端力的精確管理。
2.關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與算法支持
實(shí)現(xiàn)高性能的軟著陸控制，離不開以下幾類關(guān)鍵參數(shù)的精細(xì)配置與底層算法的支持：
（1）FORCE_SPEED
軟著陸階段的運(yùn)行速度，通常設(shè)置為較低值，是影響接觸力與平穩(wěn)性的直接因素。
（2）MOVELIMIT
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在最終階段所允許的最大速度上限，用于約束末段運(yùn)動(dòng)能量，防止過沖。
（3）切換點(diǎn)
系統(tǒng)由高速轉(zhuǎn)為低速的關(guān)鍵位置參數(shù)。其設(shè)置需綜合考慮運(yùn)動(dòng)慣量、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間與負(fù)載特性，通常需在實(shí)際應(yīng)用中通過調(diào)試優(yōu)化確定。
（4）S型加減速曲線
采用S型算法規(guī)劃加減速過程，使得速度變化連續(xù)平滑，避免階躍變化引起的機(jī)械振蕩與沖擊噪聲，進(jìn)一步提升運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與定位精度。
3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式與典型指令結(jié)構(gòu)
在正運(yùn)動(dòng)控制器中，軟著陸功能常通過復(fù)合運(yùn)動(dòng)指令或參數(shù)化方式實(shí)現(xiàn)。
例如，可使用MOVESP指令組合，將整個(gè)運(yùn)動(dòng)分解為：
（1）前半段以FORCE_SPEED及較高加速度進(jìn)行規(guī)劃。
（2）后半段則受MOVELIMIT限制，并以S型曲線平滑過渡至目標(biāo)點(diǎn)。
此類指令通常允許用戶直接設(shè)置軟著陸區(qū)間、末端速度及過渡點(diǎn)等參數(shù)，具有良好的可配置性與應(yīng)用靈活性。
如上圖所示，重點(diǎn)想實(shí)現(xiàn)的功能為最大速度結(jié)束時(shí)能以一個(gè)很低速度靠近結(jié)束點(diǎn)。
將運(yùn)動(dòng)過程分為兩段，將MOVESP分為兩段，第一段以FORCE_SPEED進(jìn)行規(guī)劃加速到Vm，第二段以最大速度MOVELIMIT進(jìn)行規(guī)劃，使用軟著陸速度Vp低速運(yùn)行。
采用S型算法規(guī)劃加減速過程，使得速度變化連續(xù)平滑。
以下是基于C#平臺(tái)的軟著陸功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵代碼：
private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (g_handle == (IntPtr)0)
{
MessageBox.Show("未鏈接到控制器!", "提示");
}
else
{
int[] axislist = { m_axisnum };
float[] poslist1 = { Convert.ToSingle(textBox21.Text) };
float[] poslist2 = { Convert.ToSingle(textBox31.Text) };
//設(shè)置軸參數(shù)
zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(C_AxisUnits.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(C_AxisSpeed.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(C_AxisAcc.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetSramp(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(C_Axis_sramp.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetLspeed(g_handle, 0, Convert.ToSingle(C_Axis_lspeed.Text));
zmcaux.ZAux_Direct_SetMerge(g_handle, 0, 1);
//觸發(fā)示波器
zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
zmcaux.ZAux_Direct_SetForceSpeed(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(textBox22.Text));//快速段速度設(shè)置
zmcaux.ZAux_Direct_MoveSp(g_handle, 1, axislist, poslist1);//運(yùn)動(dòng)距離設(shè)置
zmcaux.ZAux_Direct_MoveLimit(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(textBox23.Text));//限制速度
zmcaux.ZAux_Direct_SetForceSpeed(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(textBox32.Text));//軟著陸速度設(shè)置
zmcaux.ZAux_Direct_MoveSp(g_handle, 1, axislist, poslist2);//運(yùn)動(dòng)距離設(shè)置
zmcaux.ZAux_Direct_MoveLimit(g_handle, m_axisnum, Convert.ToSingle(textBox33.Text));//限制速度
}
}
測試?yán)淌褂貌襟E：
1.選擇控制器LOCAL連接方式。填入LOCAL+卡號(hào)連接后，點(diǎn)擊連接。
2.對(duì)總線進(jìn)行初始化。調(diào)用已經(jīng)配置好的RTSys項(xiàng)目，點(diǎn)擊打開項(xiàng)目，打開后下載ROM，初始化成功會(huì)在初始化狀態(tài)顯示，并且識(shí)別節(jié)點(diǎn)數(shù)量和軸數(shù)量。
3.對(duì)軸進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器一圈脈沖數(shù)和螺距設(shè)置好脈沖當(dāng)量，設(shè)置合理的速度與加減速度，例程中減速度默認(rèn)與加速度一致。
4.根據(jù)實(shí)際情況，選擇驅(qū)動(dòng)器回零模式進(jìn)行回零。
5.接下來對(duì)軟著陸軌跡進(jìn)行規(guī)劃。如下圖，分成兩段規(guī)劃：
第一段為高速運(yùn)動(dòng)，靠近加工點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)距離40，運(yùn)行速度為300，結(jié)束速度為50；
第二段為軟著陸加工段，以50速度加工距離為10，加工完成減速到0。
同時(shí)，利用MotionRT750的快速交互優(yōu)點(diǎn)，basic程序中編寫了驅(qū)動(dòng)器的力矩檢測，當(dāng)運(yùn)動(dòng)前將TABLE（100）置1，開始檢測到超過設(shè)置的最大值，會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。
通過示波器采集的運(yùn)動(dòng)曲線可以清晰展示軟著陸效果：
（1）運(yùn)動(dòng)初期以較高速度運(yùn)行，提高效率；
（2）接近目標(biāo)位置時(shí)自動(dòng)切換至低速模式；
（3）速度平滑過渡，無突變或沖擊；
（4）最終以極低速度精確到達(dá)目標(biāo)位置。
四.應(yīng)用優(yōu)勢與行業(yè)價(jià)值
軟著陸技術(shù)不僅提升了運(yùn)動(dòng)控制的“質(zhì)感”，更在多方面體現(xiàn)出顯著價(jià)值：
1.提高設(shè)備壽命：大幅減少機(jī)械碰撞與振動(dòng)，延長導(dǎo)軌、電機(jī)、減速機(jī)等關(guān)鍵元件的使用壽命。
2.提升工藝質(zhì)量：在精密裝配、檢測、點(diǎn)膠、壓合等工藝中，防止因沖擊導(dǎo)致的零件損壞或位置偏移。
3.增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性：尤其適用于易碎、柔性或高價(jià)值工件的處理場景，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)與廢品率。
4.支持力控應(yīng)用延伸：為工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人及精密壓機(jī)等提供良好的力控接口與運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)。
總結(jié)
軟著陸功能代表了運(yùn)動(dòng)控制從“能動(dòng)”到“精停”的高級(jí)進(jìn)化方向。它通過算法與規(guī)劃的緊密結(jié)合，在幾乎不損失效率的前提下實(shí)現(xiàn)了終端運(yùn)動(dòng)的質(zhì)的提升。
隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)精度、設(shè)備可靠性及噪聲振動(dòng)等方面要求的不斷提高，軟著陸已成為高端裝備和控制系統(tǒng)的標(biāo)配功能之一。
無論是對(duì)于高精度制造設(shè)備，還是對(duì)可靠性要求極高的工業(yè)場景，這一功能都能顯著提升系統(tǒng)性能和使用體驗(yàn)。通過合理的參數(shù)配置和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，工程師可以輕松實(shí)現(xiàn)更加智能、柔和的運(yùn)動(dòng)控制策略。
如您有具體平臺(tái)或設(shè)備的軟落地實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)問題，也歡迎與我們進(jìn)一步探討與交流。
教學(xué)視頻請(qǐng)點(diǎn)擊→全國產(chǎn)強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核(十二)：實(shí)時(shí)在線變速實(shí)現(xiàn)多段速的軟著陸
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正運(yùn)動(dòng)技術(shù)專注于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動(dòng)控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。正運(yùn)動(dòng)技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)和實(shí)時(shí)工控軟件平臺(tái)技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動(dòng)控制卡_運(yùn)動(dòng)控制器_EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動(dòng)控制PLC_運(yùn)動(dòng)控制_機(jī)器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動(dòng)控制卡等等。
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