步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（三）：C#...

上节课程给大家介绍了ZMC432CL-V2硬件接口（详情点击→步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（一）：硬件接口介绍）。

本节主要讲解如何通过C#编写程序调试ZMC432CL-V2的脉冲闭环功能。

一、ZMC432CL-V2产品简介

ZMC432CL-V2高性能多轴运动控制器是一款兼容EtherCAT总线和脉冲型的独立式运动控制器，具备高速实时反馈功能，支持脉冲全闭环控制，能够实现高精度、高响应速度的运动控制。高精度定位，有效消除机械传动误差，满足高精密加工场景应用要求。

1.ZMC432CL-V2硬件功能

（1）丰富的运动控制功能：支持直线、圆弧、空间圆弧、螺旋插补等。

（2）硬件接口丰富：支持脉冲轴（带编码器反馈）和EtherCAT总线轴，具备24路输入和12路输出的通用IO，部分为高速IO，2路模拟量输出(DA)。

（3）EtherCAT刷新周期最快达250us，满足高速通信需求。

（4）支持4通道硬件比较输出、硬件定时器、运动中精准输出，适用于多通道视觉飞拍等场合。

（5）支持掉电检测、掉电存储，多种程序加密方式，能够有效防止系统故障，保护项目工程文件数据，并提高系统的可靠性。

（6）通过纯国产IDE开发环境RTSys进行项目开发，可实时仿真、在线跟踪以及诊断与调试，简便易用，支持多种高级上位机语言联合编程进行二次开发。

ZMC432CL-V2产品介绍视频

更多关于ZMC432CL-V2详情介绍点击→步进控制的光栅尺全闭环解决方案：32轴EtherCAT总线运动控制器ZMC432CL-V2。

二、C#语言如何调用ZMotion的动态库进行项目开发

（一）新建WinForm项目并添加函数库

1.在VS2010菜单“文件”→“新建”→“项目”，启动创建项目向导。

2.选择开发语言为“Visual C#”和.NET Framework 4以及Windows窗体应用程序。

3.找到厂家提供的光盘资料里面的C#函数库，路径如下。

1）进入厂商提供的光盘资料找到“04PC函数”文件夹，并点击进入。

2）选择“01 PC函数库V2.1”文件夹。

3）选择“Windows平台”文件夹。

4）选择“C#”文件夹，里面有32位和64位的动态库和例程。

4.将厂商提供的C#的库文件以及相关文件复制到新建的项目中。

1）将Zmcaux.cs文件复制到新建的项目里面中。

2）将zaux.dll和zmotion.dll文件放入bin\debug文件夹中。

5.用vs打开新建的项目文件，在右边的解决方案资源管理器中点击显示所有文件，然后鼠标右击Zmcaux.cs文件，点击包括在项目中。

6.双击Form1.cs里面的Form1，出现代码编辑界面，在文件开头写入using cszmcaux，并声明控制器句柄g_handle。

三、PC函数介绍

1.PC函数手册可在光盘资料查看，具体路径如下。

2.控制器/卡接口之链接控制器，获取链接句柄。

指令11	ZAux_FastOpen
指令原型	int32  __stdcall  ZAux_FastOpen(int type, char *pconnectstring, uint32 uims ,ZMC_HANDLE * phandle)
指令说明	与控制器建立连接, 可以指定连接的等待时间
输入参数	参数名 描述 type 连接类型 type: 1-COM 2-ETH 4-PCI 5-LOCAL pconnectstring 连接字符串: type=1 COM+串口号type=2：IP 地址 type=4：Pci+卡号 type=5：LOCAL+卡号 uims 连接超时时间 uims;单位ms
输出参数	参数名 描述 phandle 控制器连接句柄
返回值	成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例	串口连接: ZMC_HANDLE  phandle;//控制器连接句柄 Char comID[32]= "0";//串口ID ZAux_FastOpen(1, comID,1000 ,&phandle); 网口连接例子： ZMC_HANDLE  phandle;//控制器连接句柄 Char EthID[32]= "192.168.0.11";//网口ID ZAux_FastOpen(1, EthID,1000 ,&phandle);
详细说明	/

3.万能指令之在线命令。

有一些使用频率较低的Basic指令我们没有封装到上位机的辅助库中，如果用户上位机需要调用对应的Basic指令的话，可以通过在线命令自行进行相关指令封装。

指令265	ZAux_DirectCommand
指令原型	int32  __stdcall  ZAux_DirectCommand(ZMC_HANDLE handle, const char  *pszCommand,char  *psResponse, uint32 uiResponseLength)
指令说明	发送字符串命令到控制器，直接方式（不进缓冲区,有少数Basic指令暂时不支持，推荐使用）。
输入参数	参数名 描述 handle 连接句柄。 pszCommand 发送的命令字符串。 uiResponseLength 返回的字符长度。
输出参数	参数名 描述 uiResponseLength 返回的字符串。
返回值	成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例	在线命令函数的使用
详细说明	上位机调用上位机未封装的Basic指令功能
指令264	ZAux_Execute
指令原型	int32  __stdcall  ZAux_Execute(ZMC_HANDLE  handle, const char  *pszCommand, char  *psResponse, uint32  uiResponseLength)
指令说明	发送字符串命令到控制器，缓存方式(当控制器没有缓冲时自动阻塞，推荐少用，当遇到ZAux_DirectCommand不支持的Basic指令时再使用)。
输入参数	参数名 描述 handle 连接句柄。 pszCommand 发送的命令字符串。 uiResponseLength 返回的字符长度。
输出参数	参数名 描述 psResponse 返回的字符串。
返回值	成功返回值为0，非0详见错误码说明。
指令示例	在线命令函数的使用
详细说明	上位机调用上位机未封装的Basic指令功能

四、C#编写例程调试ZMC432CL-V2的脉冲闭环功能

1.通过在线命令封装脉冲闭环功能对应的上位机接口。

（1）右击【项目】→【添加】→【新建项】→【新建C#类】，这里新建了一个MyFullCloseLoop的C#类。

（2）查询Basic对应指令的使用说明，封装一个设置轴比例增益的上位机接口。

/// 
/// 设置轴的比例增益
/// 
/// 连接句柄
/// 轴号
/// 比例增益P的值
/// 错误码
public int ZAux_Direct_SetPGain(IntPtr handle, int iaxis, float fValue)
{
     String cmdbuff;   //定义命令字符串
     //判断轴数是否超标
     StringBuilder cmdbuffAck = new StringBuilder(1024);
     if (iaxis > MAX_AXIS_AUX)
     {
          return ERR_AUX_PARAERR;
     }
     //生成命令，根据Basic指令的用法格式去拼接命令字符串
     cmdbuff = string.Format("P_Gain({0}) = {1}", iaxis, fValue);
     //调用命令执行函数
     return zmcaux.ZAux_DirectCommand(handle, cmdbuff, cmdbuffAck, 2048);
 }

（3）查询Basic对应指令的使用说明，封装一个获取轴比例增益的上位机接口。

/// 
/// 获取轴的比例增益
/// 
/// 连接句柄
/// 轴号
/// 获取的轴比例增益P的值
/// 错误码
public int ZAux_Direct_GetPGain(IntPtr handle, int iaxis, ref float fValue)
{
    String cmdbuff;  //定义命令字符串
    StringBuilder cmdbuffAck = new StringBuilder(1024);  //定义接受返回的结果字符串 
    //判断轴数是否超标
    if (iaxis > MAX_AXIS_AUX)
    {
        return ERR_AUX_PARAERR;
    }
    //生成命令  ?类似于C的printf指令，用于打印，打印出来的字符串通过cmdbuffAck去接收
    cmdbuff = string.Format("?P_Gain({0}) ", iaxis);
    //调用命令执行函数
    int iresult = zmcaux.ZAux_Execute(handle, cmdbuff, cmdbuffAck, 2048);
    if (ERR_OK != iresult)
    {
        return iresult;
    }
    //解析返回的字符串
    if (cmdbuffAck.Length == 0)
    {
        return ERR_NOACK;
    }
    else
    {
        fValue = float.Parse(cmdbuffAck.ToString());
    }
    return ERR_OK;
}

（4）封装好的脉冲闭环功能相关的上位机接口。

2.C#闭环功能的测试例程的编写。

（1）脉冲闭环测试例程界面的设计。

（2）【连接】按钮如何连接控制器。

int Err = 0;       //接口返回的错误码
int LinkMode = 2;  //FastOpen接口连接类型的介绍 1-COM 2-ETH 4-PCI 5-LOCAL
Err = zmcaux.ZAux_FastOpen(LinkMode, Buffer, 2000, out g_handle);
if (Err == 0)
{
    // 修改按钮文字
    LinkStatus.Text = "链接状态：OK";
    // 修改按钮背景色
    LinkStatus.BackColor = Color.FromArgb(192, 255, 192);
    //相关参数初始化
    AxisParaSet();
    //进行PID参数的初始化
    PidParaSet();
    //打开定时器
    Timer.Start();
}
else
{
    // 修改按钮文字
    LinkStatus.Text = "链接状态：Ng";
    // 修改按钮背景色
    LinkStatus.BackColor = Color.FromArgb(255, 192, 192);
    //关闭定时器
    Timer.Stop();
}

（3）【更新PID参数】按钮如何打开和关闭脉冲闭环功能，如何更新PID参数。

//将上位机设置的PID参数更新到控制器
private int PidParaSet()
{
    float TempFloat = 0;
    float TempDpos = 0, TempMpos = 0;
    bool TempInt = false;
    MyFullClosedLoop CloseLoop = new MyFullClosedLoop();
    String CompareStr = "闭环已开";
    String TempStr = IsClosedLoop.Text;
    //打开全闭环去控制轴运动
    if (TempStr == CompareStr)
    {
        //获取轴位置，如果DPOS和MPOS相差太大不能打开脉冲闭环,保证安全
        zmcaux.ZAux_Direct_GetDpos(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempDpos);
        zmcaux.ZAux_Direct_GetMpos(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempMpos);
        if ((TempDpos - TempMpos) > 4 || (TempDpos - TempMpos < -4))
        {
            Console.WriteLine("规划位置和反馈位置相差太大，无法启动闭环功能！！！！");
            return -1;
        }
        //更新比例增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetPGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaP.Text));
        //更新积分增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetIGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaI.Text));
        //更新微分增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetDGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaD.Text));
        //更新速度前馈增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetVffGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaVF.Text));    
        //更新加速度前馈增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetAffGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaAF.Text));
        //更新速度增益
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetOvGain(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaOV.Text));
        //注意：在打开servo之前打开encoder_servo后要完成一次atype由0变为4的切换，否则会报axis:0 config not support Servo.
        //1、先打开axis_enable 和 encoder_servo
        zmcaux.ZAux_Direct_SetAxisEnable(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);        CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
        Thread.Sleep(20);
        CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
        if (TempInt)
        {
            //2、完成一次Atype由0变为4的切换
            zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
            Thread.Sleep(20);
            zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
            //3、打开Servo
            CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
            Thread.Sleep(10);
            CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
            if (TempInt)
            {
                Console.WriteLine("闭环参数配置完成, 轴全闭环功能打开成功。");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("轴闭环开关Servo打开失败, 导致脉冲全闭环开启失败！！！");
                return -1;
            }
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("轴编码器闭环EncoderServo打开失败, 导致脉冲全闭环开启失败！！！");
            return -1;
        }


    }
    else
    {
        //关闭全闭环的功能
        //1、关闭EncoderServo
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
        Thread.Sleep(20);
        CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
        if (TempInt)
        {
            Console.WriteLine("轴EncoderServo关闭失败！！！");
            return -1;
        }
        //2、关闭EncoderServo后需要完成ATYPE的切换，保证完全关闭闭环功能
        zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
        Thread.Sleep(10);
        zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
        //3、关闭Servo
        CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 0);
        Thread.Sleep(20);
        CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), ref TempInt);
        if (TempInt)
        {
            Console.WriteLine("轴Servo关闭失败！！！");
            return -1;
        }
    }
    return 0;
}

（4）【更新轴参数】按钮如何完成轴参数的更新。

//更新轴参数
private void AxisParaSet()
{
    //设置最大随动误差FE_LIMIT 
    zmcaux.ZAux_Direct_SetFeLimit(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 500);
    //更新编码器齿轮比 （如果发N个脉冲，实际编码器反馈M个脉冲，编码器齿轮比要设置成 N/M）
    zmcaux.ZAux_Direct_EncoderRatio(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), int.Parse(EncoderRatioMol.Text), int.Parse(EncoderRatioDenom.Text));
    //更新脉冲当量，一般脉冲当量设置成机台运动1mm需要的脉冲数
    zmcaux.ZAux_Direct_SetUnits(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaUnits.Text));
    //全闭环的功能需要把ATYPE设置成4
    zmcaux.ZAux_Direct_SetAtype(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 4);
    //更新速度
    zmcaux.ZAux_Direct_SetSpeed(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaSpeed.Text));
    //更新加速度、减速度
    zmcaux.ZAux_Direct_SetAccel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaAccel.Text));
    zmcaux.ZAux_Direct_SetDecel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaDecel.Text));
    StringBuilder Buff = new StringBuilder(512);
    //是否启用SS曲线
    if (CurveIsSS.Checked)
    {
        //启用SS曲线,VP_MODE模式设置成7即可
        //上位机旧库没有现成设置VP_MODE的接口，直接在线命令去封装，在线命令是万能接口
        string CmdBuff = string.Format("VP_MODE({0}) = 7 ", int.Parse(AxisId.Text));
        zmcaux.ZAux_DirectCommand(g_handle, CmdBuff, Buff, 512);
    }
    else
    {
        //启用S曲线,VP_MODE模式设置成0即可
        //上位机旧库没有现成设置VP_MODE的接口，直接在线命令去封装，在线命令是万能接口
        string CmdBuff = string.Format("VP_MODE({0}) = 0 ", int.Parse(AxisId.Text));
        zmcaux.ZAux_DirectCommand(g_handle, CmdBuff, Buff, 512);
        //S曲线模式，S曲线时间sramp是有效果的，需要设置一下
        zmcaux.ZAux_Direct_SetSramp(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), float.Parse(text_ParaSramp.Text));
    }
}

（5）【手动】按钮如何控制脉冲轴的点动与寸动。

//X-鼠标按下
private void ButtonHangRev_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (IsInchMode.Checked)
    {
        //寸动运动
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Move(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), -1 * float.Parse(InchDis.Text));
    }
    else
    {
        //手动运动
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), -1);
    }
}
//X-鼠标松开
private void ButtonHangRev_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (IsInchMode.Checked == false)
    {
        //手动运动停止
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 2);
    }
}
//X+鼠标按下
private void ButtonHangFwd_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (IsInchMode.Checked)
    {
        //寸动运动
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Move(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1 * float.Parse(InchDis.Text));
    }
    else
    {
        //手动运动
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Vmove(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 1);
    }
}
//X+鼠标松开
private void ButtonHangFwd_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (IsInchMode.Checked == false)
    {
        //手动运动停止
        zmcaux.ZAux_Direct_Single_Cancel(g_handle, int.Parse(AxisId.Text), 2);
    }
}

五、通过RTSys的示波器对比开环控制和全闭环控制的情况

示波器的使用可以参考正运动小助手的历史推文《运动控制看的更清楚细致！RTSys示波器功能简介 (qq.com)》。

1.开环控制情况分析

测试发现：步进驱动器的开环控制，运动过程中随动误差（规划位置和光栅尺反馈位置的差值）一直维持在0.02个用户单位左右（这里一个用户单位即一个UNITS设置的是1mm），当运动结束时光栅尺的反馈位置和指令规划位置也不相等，大概差了0.0015个用户单位，折算为脉冲数是0.0015*用户单位=3个脉冲。

2.闭环控制情况分析

测试发现：步进驱动器的闭环控制，运动过程中随动误差（规划位置和光栅尺反馈位置的差值）除了启动和停止以外大部分保持在0个脉冲当量左右，相比较开环控制有较大的提升，当运动结束时光栅尺的反馈位置和指令规划位置也是相等的。

六、总结

1.启用控制器闭环的时候注意要在打开encoder_servo后，打开servo之前要完成一次ATYPE从0到4的切换，这样才可以正常打开控制器闭环的功能。

2.启用控制器闭环同时还需要打开单轴使能axis_enable，这样才能保证控制器闭环的正常启用。

3.为保证控制器闭环功能的完全关闭，在关闭ENCODER_SERVO后需要完成一次 ATYPE从0到4的切换，这样才能保证控制器闭环功能完全关闭。

4.教学视频。

以下视频来源于

正运动小助手

视频详情

完整代码获取地址

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本次，正运动技术步进的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（三）：C#编程调试，就分享到这里。

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