PT/PVT运动模式介绍：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（十一）

XPCIE1032H功能简介

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT总线运动控制卡，可选6-64轴运动控制，支持多路高速数字输入输出，可轻松实现多轴同步控制和高速数据传输。

XPCIE1032H集成了强大的运动控制功能，结合MotionRT7运动控制实时软核，解决了高速高精应用中，PC Windows开发的非实时痛点，指令交互速度比传统的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H支持PWM，PSO功能，板载16进16出通用IO口，其中输出口全部为高速输出口，可配置为4路PWM输出口或者16路高速PSO硬件比较输出口。输入口含有8路高速输入口，可配置为4路高速色标锁存或两路编码器输入。

XPCIE1032H搭配MotionRT7实时内核，使用本地LOCAL接口连接，通过高速的核内交互，可以做到更快速的指令交互，单条指令与多条指令一次性交互时间可以达到3-5us左右。

➜XPCIE1032H与MotionRT7实时内核的配合具有以下优势：

1.支持多种上位机语言开发，所有系列产品均可调用同一套API函数库；

2.借助核内交互，可以快速调用运动指令，响应时间快至微秒级，比传统PCI/PCIe快10倍；

3.解决传统PCI/PCIe运动控制卡在Windows环境下控制系统的非实时性问题；

4.支持一维/二维/三维PSO（高速硬件位置比较输出），适用于视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制等应用；

5.提供高速输入接口，便于实现位置锁存；

6.支持EtherCAT总线和脉冲输出混合联动、混合插补。

➜使用XPCIE1032H和MotionRT7进行项目开发时，通常需要进行以下步骤：

1.安装驱动程序，识别XPCIE1032H；

2.打开并执行文件“MotionRT710.exe”，配置参数和运行运动控制实时内核；

3.使用ZDevelop软件连接到控制器，进行参数监控。连接时请使用PCI/LOCAL方式，并确保ZDevelop软件版本在3.10以上；

4.完成控制程序开发，通过LOCAL链接方式连接到运动控制卡，实现实时运动控制。

➜与传统PCI/PCIe卡和PLC的测试数据结果对比：

我们可以从测试对比结果看出，XPCIE1032H运动控制卡配合实时运动控制内核MotionRT7，在LOCAL链接（核内交互）的方式下，指令交互的效率是非常稳定，当测试数量从1w增加到10w时，单条指令交互时间与多条指令交互时间波动不大，非常适用于高速高精的应用。

XPCIE1032H控制卡安装

关闭计算机电源。

打开计算机机箱，选择一条空闲的XPCIE卡槽，用螺丝刀卸下相应的挡板条。

将运动控制卡插入该槽，拧紧挡板条上的固定螺丝。

XPCIE1032H驱动安装与建立连接参考往期文章EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（一）：驱动安装与建立连接。

一、C#语言进行运动控制项目开发

二、PC函数介绍

相关PC函数介绍详情可参考“ZMotion PC函数库编程手册 V2.1.1”。

1、控制器网口连接函数接口说明

2、多条相对PT运动接口说明

3、多条绝对PT运动接口说明

4、多条相对PVT运动接口说明

5、多条绝对PVT运动接口说明

6、示波器触发函数接口说明

7、设置轴的规划位置函数接口说明

三、PT/PVT运动介绍

1.PV运动说明

（1）PT运动：在一段时间内驱动电机运动设置的距离。一般是PC每个周期计算好对应的坐标，然后传给控制器。

（2）PT算法：在用户定义的”位置和时间”点之间，PT算法计算出一个合适的速度曲线。PT算法保证控制卡的轨迹计算符合每一个已知的点和时间。分段速度简单的由位置和时间的差分计算出来。

（3）PT模式算法适用的场景：PT算法对于近距离的点位运动或者低速度的运动很合适。它是非常简单的算法，需要很少的计算量，因此计算速度很快。在低性能的运动系统中很受欢迎。但如果点之间间隔太大，那么运动将会很粗糙，因为每一段的加速度将会显得不连续。每个点之间的加速度是瞬时的。最好保证点的跨距在几个采样点之间。

（4）PT运动的PC函数库接口：

A.相对PT运动：ZAux_Direct_MultiMovePt(链接句柄，填写的运动数量，参与运动总轴数，轴号列表，Ticks时间列表，运动距离列表)。

B.绝对PT运动：ZAux_Direct_MultiMovePtAbs(链接句柄，填写的运动数量， 参与运动总轴数，轴号列表，Ticks时间列表，运动距离列表)。

2.PVT运动说明

（1）PVT运动：在一段时间内驱动电机运动设置的距离，带速度规划，可以指定结束速度，小段内速度会自动根据前面的速度与结束速度来自动规划，尽可能连续。一般是PC每个周期计算好对应的坐标，然后传给控制器。

（2）PVT算法：在用户定义的“位置/速度/时间”点之间，PVT算法计算出合适的Jerk参数（加加速度，非恒定加速度）。这个算法保证轨迹计算合符每个已知点的位置、速度和时间。

（3）PVT模式算法适用的场景：PVT算法对于平滑轨迹和轨迹跟踪非常有效。位置轨迹点可以间隔很近，也可以间隔很大。

例如：对于复杂的路径，点位需要间隔很近；对于简单的路径，点位可以间隔很大。PVT可以手动指定点位置，但最困难的是确定每个点的合适速度值。

（4）PVT运动的PC函数库接口：

A.相对PVT运动：ZAux_Direct_MultiMovePvt(链接句柄，填写的运动数量， 参与运动总轴数，轴号列表，Ticks时间列表，运动距离列表)。

B.绝对PVT运动：ZAux_Direct_MultiMovePvtAbs(链接句柄，写的运动数量，参与运动总轴数，轴号列表，Ticks时间列表，运动距离列表)。

3.PV/PVT运动重点说明

（1）在一段时间内驱动电机运动设置的距离。

（2）PT运动时的加速度、速度和减速度都是根据所设置的时间以及位置所规划的。（3）一般是PC每个周期计算好对应的坐标，然后传给控制器。（4）运动时的速度=(运动距离/时间长度)*1000 units/ms。（5）不要在极短时间运动大距离，脉冲频率会过高，电机堵转，可以分解成小段，重复发送。

注意：使用PT/PVT指令时，需记得配置快减减速度或者减速度，否则遇到异常，使用停止运动指令将不会停止。

四、例程说明

1.C#例程界面如下。

2.例程简易流程图如下。

3.要想通过上位机操控控制器，就必须先链接控制器。例如通过LOCAL链接方式的链接按钮的消息响应函数来链接控制器。

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (g_handle == (IntPtr)0)
   {
       C_Close_Card_Click(sender, e);
   }
   zmcaux.ZAux_FastOpen(5, comboBox1.Text, 1000, out g_handle);
   if (g_handle != (IntPtr)0)
   {
       this.Text = "已链接";
       timer1.Enabled = true;
       C_Move_Axis_TextChanged();
   }
   else
   {
       MessageBox.Show("链接失败，请选择正确的LOCAL！");
   }
}

链接成功后，例程左上角会显示已链接。如果链接失败，还弹出“链接失败，请选择正确的LOCAL！”的弹窗。

4.轴参数写入。链接成功后，会调用自定义的轴参数写入函数。

private void C_Move_Axis_TextChanged()
{
   float DposValue = 0;
   float MposValue = 0;
   int AType = 1; //设置轴的类型
   int UnitValue = 100; //设置脉冲当量的值
   int ret = 0;
   for (int i = 0; i < 4; i++)
   {
       ret += zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, i, AType); //设置轴的类型
       ret += zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, i, UnitValue); //设置轴的脉冲当量
       ret += zmcaux.ZAux_Direct_SetFastDec(g_handle, i, 10000); //设置快减减速度
       ret += zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, i, DposValue); //轴Dpos 清 0
       ret += zmcaux.ZAux_Direct_SetMpos(g_handle, i, MposValue); //轴MPOS 清 0
   }
}

五、PT运动参数设置及运行效果

1.PT运动（未规划速度和轨迹）

PT运动一般配合三角函数使用，如果直接使用PT运动，运动曲线和速度曲线会很不平滑。

（1）输入PT运动参数，并选择相对PT运动还是绝对PT运动。

（2）把ZDevelop软件LOCAl连接到控制卡，打开Zdevelop的示波器，把示波器的通道数设置为8，按下图设置示波参数后，启动示波器。

（3）启动PT运动。因为添加了PC函数库中的示波器触发函数，点击PT运动的启动按钮后，示波器会被触发，PT运动轨迹如下图所示。

相对PT运动 绝对PT运动

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
   uint[] Tims=new uint[4];//相对绝对 PT 运动时间规划
   float[] DposList=new float[16];//相对 PT 运动距离规划
   int[] iaxis = new int[4];//轴列表
   int i;
   Tims[0] = Convert.ToUInt32(textBox9.Text);
   Tims[1] = Convert.ToUInt32(textBox13.Text);
   Tims[2] = Convert.ToUInt32(textBox12.Text);
   Tims[3] = Convert.ToUInt32(textBox63.Text);
   iaxis[0] = 0;
   iaxis[1] = 1;
   iaxis[2] = 2;
   iaxis[3] = 3;
   DposList[0] = Convert.ToInt32(textBox10.Text);
   DposList[1] = Convert.ToInt32(textBox15.Text);
   DposList[2] = Convert.ToInt32(textBox18.Text);
   DposList[3] = Convert.ToInt32(textBox21.Text);
   DposList[4] = Convert.ToInt32(textBox14.Text);
   DposList[5] = Convert.ToInt32(textBox16.Text);
   DposList[6] = Convert.ToInt32(textBox19.Text);
   DposList[7] = Convert.ToInt32(textBox22.Text);
   DposList[8] = Convert.ToInt32(textBox11.Text);
   DposList[9] = Convert.ToInt32(textBox17.Text);
   DposList[10] = Convert.ToInt32(textBox20.Text);
   DposList[11] = Convert.ToInt32(textBox23.Text);
   DposList[12] = Convert.ToInt32(textBox64.Text);
   DposList[13] = Convert.ToInt32(textBox62.Text);
   DposList[14] = Convert.ToInt32(textBox61.Text);
   DposList[15] = Convert.ToInt32(textBox60.Text);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 0, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 1, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 2, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 3, 0);
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   if (radioButton9.Checked == true)
   {
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePt(g_handle, 4, 4, iaxis, Tims, DposList);
   }
   else if (radioButton10.Checked == true)
   {
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePtAbs(g_handle, 4, 4, iaxis, Tims, DposList);
   }              
}

2、PT运动（余弦函数）

因为直接使用PT运动的运动曲线和速度曲线很不平滑，所以在PT运动一般配合三角函数使用。这里用余弦函数作例子。

（1）PT运动（余弦函数）参数说明。

运动距离：A * COS（ωx + ψ）+C

A：代表振幅，决定了曲线的峰值和谷值

ω：代表角频率，它影响了曲线的周期性，周期T = 2π/ω。

ψ：代表相位角，可以理解为曲线的水平偏移量。

C：代表常数项，会对整个曲线产生上下平移。

（2）输入PT运动（余弦函数）参数并选择运动轴。

（3）把ZDevelop软件LOCAl连接到控制卡，打开ZDevelop示波器窗口，把示波器的通道数设置为8，按下图设置示波参数后，启动示波器。

（4）启动PT运动（余弦函数）。因为添加了PC函数库中的示波器触发函数，点击PT运动（余弦函数）的启动按钮后，示波器会被触发，PT运动（余弦函数）轨迹如下图。

注意：虽然示波器上运动曲线的起点是100，但是实际上轴是从零的位置开始运动的，这是为了让运动曲线和速度曲线的关系更直改，所以把运动曲线的起点设置为峰值。

（5）通过对比PT运动（未规划速度和轨迹）和PT运动（余弦函数）的运动曲线和速度曲线，会发现PT运动（未规划速度和轨迹）的运动曲线和速度曲线更尖锐，PT运动（余弦函数）的运动曲线和速度曲线更平滑。

PT运动（余弦函数） PT运动（未规划速度和轨迹）

private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (radioButton1.Checked == true)
   {
       nAxis = 0;
   }
   else if(radioButton4.Checked == true)
   {
       nAxis = 1;
   }
   else if (radioButton2.Checked == true)
   {
       nAxis = 2;
   }
   else if (radioButton3.Checked == true)
   {
       nAxis = 3;
   }
   uint[] Tims = new uint[1];//绝对 PT 运动时间规划
   float[] DposList = new float[1]; //绝对 PT 运动距离规划
   int[] iaxis = new int[1];
   double x = 0;
   double A = Convert.ToDouble(textBox80.Text);
   double ω = Convert.ToDouble(textBox78.Text) * Math.PI;
   double ψ = Convert.ToDouble(textBox79.Text);
   double C = Convert.ToDouble(textBox77.Text);
   Tims[0] = 10;
   iaxis[0] = nAxis;
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, nAxis, (float)(A * Math.Cos(ω * x + ψ) + C));
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   while (true)
   {
       //x = A * COS（ωx + ψ）+C
       DposList[0] = (float)(A * Math.Cos(ω * x + ψ) + C);
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePtAbs(g_handle, 1, 1, iaxis, Tims, DposList);
       x = x + 0.01;   //x的增加的数量是运动时间除以1000，运动时间改变时，x的增加的数量也要跟着改变
       if (x > (2 * Math.PI / Math.Abs(ω)))
       {
           break;
       }
   }
}

六、PVT运动参数设置及运行效果

1.PVT运动（未规划速度与轨迹）

PVT运动一般配合三角函数使用，如果直接使用PVT运动，运动曲线和速度曲线会很不平滑。

（1）输入PVT运动参数，并选择相对PVT运动还是绝对PVT运动。

（2）把ZDevelop软件LOCAl连接到控制卡，打开ZDevelop示波器窗口，把示波器的通道数设置为8，按下图设置示波参数后，启动示波器。

（3）启动PVT运动。因为添加了PC函数库中的示波器触发函数，点击PVT运动的启动按钮后，示波器会被触发，PVT运动轨迹如下图。

相对PVT运动 绝对PVT运动

private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
{
   uint[] Tims=new uint[4];//相对绝对 PT 运动时间规划
   float[] DposList=new float[16];//相对 PT 运动距离规划
   float[] Speediist = new float[16];//相对 PT 运动速度规划
   int[] iaxis = new int[4];//轴列表
   int ret = 0;
   Tims[0] = Convert.ToUInt32(textBox9.Text);
   Tims[1] = Convert.ToUInt32(textBox13.Text);
   Tims[2] = Convert.ToUInt32(textBox12.Text);
   Tims[3] = Convert.ToUInt32(textBox63.Text);
   iaxis[0] = 0;
   iaxis[1] = 1;
   iaxis[2] = 2;
   iaxis[3] = 3;
   DposList[0] = Convert.ToInt32(textBox10.Text);
   DposList[1] = Convert.ToInt32(textBox15.Text);
   DposList[2] = Convert.ToInt32(textBox18.Text);
   DposList[3] = Convert.ToInt32(textBox21.Text);
   DposList[4] = Convert.ToInt32(textBox14.Text);
   DposList[5] = Convert.ToInt32(textBox16.Text);
   DposList[6] = Convert.ToInt32(textBox19.Text);
   DposList[7] = Convert.ToInt32(textBox22.Text);
   DposList[8] = Convert.ToInt32(textBox11.Text);
   DposList[9] = Convert.ToInt32(textBox17.Text);
   DposList[10] = Convert.ToInt32(textBox20.Text);
   DposList[11] = Convert.ToInt32(textBox23.Text);
   DposList[12] = Convert.ToInt32(textBox64.Text);
   DposList[13] = Convert.ToInt32(textBox62.Text);
   DposList[14] = Convert.ToInt32(textBox61.Text);
   DposList[15] = Convert.ToInt32(textBox60.Text);
   Speediist [0] = Convert.ToInt32(textBox10.Text);
   Speediist [1] = Convert.ToInt32(textBox15.Text);
   Speediist [2] = Convert.ToInt32(textBox18.Text);
   Speediist [3] = Convert.ToInt32(textBox21.Text);
   Speediist [4] = Convert.ToInt32(textBox14.Text);
   Speediist [5] = Convert.ToInt32(textBox16.Text);
   Speediist [6] = Convert.ToInt32(textBox19.Text);
   Speediist [7] = Convert.ToInt32(textBox22.Text);
   Speediist [8] = Convert.ToInt32(textBox11.Text);
   Speediist [9] = Convert.ToInt32(textBox17.Text);
   Speediist [10] = Convert.ToInt32(textBox20.Text);
   Speediist [11] = Convert.ToInt32(textBox23.Text);
   Speediist [12] = Convert.ToInt32(textBox64.Text);
   Speediist [13] = Convert.ToInt32(textBox62.Text);
   Speediist [14] = Convert.ToInt32(textBox61.Text);
   Speediist [15] = Convert.ToInt32(textBox60.Text);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 0, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 1, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 2, 0);
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, 3, 0);
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   if (radioButton11.Checked == true)
   {
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePvt(g_handle,4,4,iaxis,Tims,DposList,Speediist);
   }
   else if (radioButton12.Checked == true)
   {
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePvtAbs(g_handle,4,4,iaxis,Tims,DposList,Speediist);
   }            
}

2.PVT运动（余弦函数）

PT运动跟PVT运动的区别在于多了个运动结束速度的参数，所以只要用运动的实时速度作为运动的结束速度，那PVT运动（余弦函数）跟PT运动（余弦函数）的运动曲线就是一样的了。运动的实时速度可以由运动距离求导得出。

（1）PVT运动（余弦函数）参数说明。

运动距离：A * COS（ωx + ψ）+C

运动结束速度：-A*ω*SIN（ωx+ψ）

A：代表振幅，决定了曲线的峰值和谷值

ω：代表角频率，它影响了曲线的周期性，周期T = 2π/ω。

ψ：代表相位角，可以理解为曲线的水平偏移量。

C：代表常数项，会对整个曲线产生上下平移。

（2）输入PVT运动参数并选择运动轴。

（3）把ZDevelop软件LOCAl连接到控制卡，打开ZDevelop示波器窗口，将示波器的通道数设置为8，按下图设置示波参数后，启动示波器。

（4）启动PT运动（余弦函数）。因为添加了PC函数库中的示波器触发函数，点击PT运动的启动按钮后，示波器会被触发，PVT运动轨迹如下图。

注意：虽然示波器上运动曲线的起点是200，但是实际上轴是从零的位置开始运动的，这是为了让运动曲线和速度曲线的关系更直改，所以把运动曲线的起点设置为峰值。

（5）通过对比PVT运动（只规划轨迹，未规划速度）和PVT运动（余弦函数）的速度曲线，会发现PVT运动（只规划轨迹，未规划速度）的速度曲线波动很大，好像有5条速度曲线一样，PVT运动（余弦函数）的速度曲线就很正常。

PVT运动（余弦函数） PVT运动（只规划轨迹，未规划速度）

private void button9_Click(object sender, EventArgs e)
{
   if (radioButton5.Checked == true)
   {
       nAxis1 = 0;
   }
   else if (radioButton8.Checked == true)
   {
       nAxis1 = 1;
   }
   else if (radioButton6.Checked == true)
   {
       nAxis1 = 2;
   }
   else if (radioButton7.Checked == true)
   {
       nAxis1 = 3;
   }
   uint[] Tims = new uint[1];//绝对 PT 运动时间规划
   float[] DposList = new float[1]; //绝对 PT 运动距离规划
   float[] Speediist = new float[1];//绝对 PT 运动速度规划
   int[] iaxis = new int[1];
   double x = 0;
   double A = Convert.ToDouble(textBox96.Text);
   double ω = Convert.ToDouble(textBox94.Text) * Math.PI;
   double ψ = Convert.ToDouble(textBox95.Text);
   double C = Convert.ToDouble(textBox93.Text);
   Tims[0] = 10;
   iaxis[0] = nAxis1;
   zmcaux.ZAux_Direct_SetDpos(g_handle, nAxis, (float)(A * Math.Cos(ω*x + ψ)+C));
   zmcaux.ZAux_Trigger(g_handle);
   while (true)
   {
       //x = A * COS（ωx + ψ）+C
       DposList[0] = (float)(A * Math.Cos(ω * x + ψ) + C);
       Speediist[0]= (float)(-A * ω * Math.Sin(ω*x+ ψ));
       zmcaux.ZAux_Direct_MultiMovePvtAbs(g_handle, 1, 1, iaxis, Tims, DposList, Speediist);
       x = x + 0.01;   //x的增加的数量是运动时间除以1000，运动时间改变时，x的增加的数量也要跟着改变
       if (x > (2 * Math.PI / Math.Abs(ω)))
       {
           break;
       }
   }
}

本次，正运动技术PV/PVT运动模式介绍：EtherCAT超高速实时运动控制卡XPCIE1032H上位机C#开发（十一），就分享到这里。

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审核编辑 黄宇