为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；

    在各种工业设备、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统

 

研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；
    PC 机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥 PC 机的强大

 

功能。
    运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速 DSP 作为运动控制核心，大多用于控制
步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与 PC 机构成主从式控制结构：PC 机负责人机

 

交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 (例如键盘和鼠标的管理、系统状态
的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等)；控制卡完成运动控制的
所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等
等)。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在相应系统平台下自行开发、构造所需的控制
系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。
 
    步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，
它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(

“

”

称为 步距角 )，它的旋转是以固

定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的
目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目
的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，步进电机由于具有转子惯量低、定位精度
高、无累积误差、控制简单等特点，成了控制系统的主要执行元件之一。步进电机的控制方

 

法包括开环控制和闭环控制两种。
    

 

二、基于虚拟仪器的步进电机控制系统整体结构与原理

    一般运动控制系统主要由五部分构成：被移动的机械设备、运动 I/O 的马达(伺服或步
进)、马达驱动单元、智能运动控制器、以及编程/

 

操作接口软件。

    本系统的目标是利用笔者实验室已有美国国家仪器公司(NI)的 NI PCI 7354 伺服/步进运
动控制卡及其配套软件、NI 7604 伺服/步进驱动器及其配套软件、两相步进电机、LabVIEW
软件、多轴精密电移台(负载)、PC 机等构建一套步进电机运动控制系统，分别实现单轴、两
轴、三轴和四轴的运动控制，要求系统具有数控系统的基本功能，能实现不同坐标系下的
直线、圆弧插补、速度控制、电子传动等功能，以供实验教学应用。
1. NI PCI 7354

 

运动控制卡

    NI PCI 7354 控制卡可同时控制包括交流和步进电机的 4 轴运动，能实现诸如点到点位
置控制、速度控制、三维直线、圆弧、螺旋型和球形运动、电子传动、混合运动、回程和限位控
制、Trigger 输入和 Breakpoint 输出等功能。NI PCI 7354 的嵌入式固件是基于 RT0S(实时操
作系统)内核的，实时性强，通过简单易用的运动控制器、软件、以及外设提供集成方案的
功能与能力，为一般伺服与步进应用提供精确、高性能的运动功能。该运动控制器可以使
用 支 持 Windows   2000/NT/Me/xp 操 作 系 统 的 LabVIEW 、 Measurement 
Studio(LabWindows/CVI、Visual Basic)以及 C/C++

 

进行编程。

    NI PCI 7354 运动控制卡是高性能 PCI 步进/伺服控制器，可用于所有运动控制系统中，
控制器采用先进的技术，在嵌入式实时运动或者以主机为中心的编程环境中提供混合运
动轨迹控制和完全协同的圆形、线性、点到点、齿轮和空间矢量控制。其丰富的功能可以满

 

足最为严格的要求。
    NI PCI 7354 运动控制卡的主要特点：通过 PCI 总线与主机(上位机)

 

通信； 68 芯 VHDCI

输出电缆；普通数字输出电压：0-32V；高电平 3.5--30V  

， 低电平 0—2V；最大脉冲速率：

100KHZ；运行电流：3-14mA；触发输出最大脉冲速率：1MHz

 

；

    2. 

 

运动控制软件