Плата для управления севро двигателями через EMC2

[Klim_1]

Приветствую!

Давно смотрю за вашей бездвоздмездной работой, и для начала хочу сказать Спасибо за такой труд. Благодаря этому сайту (из не многих) собрали и настроили 2 станка ЧПУ на шаговых моторах. Точнее механику делал не я, мне пришлось исправлять не работающее железо и настраивать.
Сейчас хочу воспользоваться вашим опытом по CNC управлению. Суть вопроса - параллельно не смотря на свои 32 и семью, учусь заочно на программиста. Учусь по честному - для корочки, так как работаю и карьеру пошел строить по другой специальности инженера электронщика силовой электроники (по сути разработчик преобразовательной техники). Моя работа подразумевает тесное общение с программистами и построение для них алгоритмов функционирования оборудования. Так что суть вопроса прекрасно улавливаю. Так о чем это я - дали тему дипломной работы "настольный действующий образец фрезерного станка". Универ преследует цель - получить учебное пособие, и поэтому оплачивает большую часть работы, куратор пишет расчеты и помогает с оформлением. От меня же требуется создать управление с вменяемой ценой. Скажем так - с шаговыми моторами и Mach3 я разобрался уверенно, и по этому создание такого станочка на шаговиках - повторение уже понятого и пройденного. Поэтому захотелось покрутить серву. Теории в этом вопросе почитал, суть работы и ПИД регулирование понимаю. Но ни где не могу найти схем (нужно всего то 3 оси и обратная связь по инкрементальному оптическому энкодеру на каждом моторе). Механику сделаю, моторы достану, энкодеры на них повешу (на вал мотора до редуктора), силовую часть для моторов разработаю и помехи подавлю. Осталось схему, описание и прошивку для управления этим безобразием. Можете помочь в этом вопросе???

Я просто не до конца понимаю как ЕМС2 к примеру передает управление на драйвер? Видел реализацию на ПЛИС CPLD EPM570T144C5 но прошивку под него переделать или изменить сам не осилю, а программисты занять другими вопросами (и без меня кипят). Что на выходе с ПЛИС получает драйвер мотора? Напряжение +-10 вольт или заполнение ШИМ +/-50%...

Т.е. если возможно - ПОМОГИТЕ в этом вопросе с созданием управления типа Pluto-P или чтото в этом духе, потом что в него прошить и к каким выводам что подключить. Драйвера сделаю, если будет интересно - когда отработаю поделюсь схемой и печаткой.

И еще от себя - прекрасно понимаю что такое консультировать на форуме, сам был типа модератора, поддерживал ветку форума, и тихо балдел от вопросов, их смысла и упрямого доставания этим мусором моей почты... Так что обязуюсь не наглеть, спрашивать по смыслу, очень редко (при сильной необходимости, когда зайду в тупик).

Ну и на будущее, еще раз СПАСИБО!!!
Удачи. Александр.

--------------------------
Эта тема открыта из переписки по ЛС, дабы стать, в случае успеха, достоянием общественности . Помощь приветствуется!
-Nick

[Nick]

Привет! Спасибо за добрые слова .

Уточни задачу, нужно сделать станок, или разработать привод?
Если нужна простая устойчивая схема управления станком с сервоприводами, то лучше воспользоваться MESA. Стоит плата около 6000 р. при этом дает большие возможности.

Если хочешь разработать свою плату, это тоже очень интересно ! EMC2 общается с подобными платами через компоненты или драйверы. Например драйвер hostmot для MESA, и компоненты для общения с плуто, есть в исходниках http://git.linuxcnc.org/gitweb?p=emc2.g ... 51;hb=HEAD

ЗЫ не против, если я эту тему опубликую в открытых форумах? Будет два плюса, 1. в ней поучаствуют другие специалисты, 2. Решения многих вопросов будет открыто доступно.\

ЗЫЫ Вопросы задавать можно не стесняясь. Чем больше вопросов, тем больше ответов, тем популярнее тема CNC в рунете ! А это и есть основная цель сайта!

[Klim_1]

ОК, почему бы и не открыть тему. Можно будет выбрать из нескольких решений...

Тогда продолжаю - требуется создать готовый станочек. Но у меня вопрос именно с МОЗГОМ для станочка.
Драйвера, механика, моторы, энкодеры и индуктивные концевики сделаю.
Вопрос именно с платой которая будет подключаться или к USB, или к LPT/СОМ порту и выдавать уже готовый сигнал для силовых драйверов, при этом понимая энкодеры. Управление очень предпочтительно векторами. СТЕП и ДИР это не тот вариант... просто не хочу так коряво делать.
Ну пока в принципе и всё. Возможно получиться полный проект от А до Я, так как фото по мере реализации, схему, прошивку, печатки будем обсуждать вместе на форуме. Единственно - переживаю за отсеивание в форуме людей уводящих обсуждение куда то далеко в сторону по пустому или маловажному вопросу... теряется азарт обсуждения что ли и тема на долго глохнет.

По времени это ориентир с пол года-год.
По покупке готовой платы - тоже не хочу, дороговато, хотя 6000р это 1/4 от стоимости покупного диплома Есть желание сделать самому

Пока вроде бы всё! Можно и тему начинать

[Nick]

Такие темы открывались не раз.
В т.ч. http://cnc-club.ru/forum/viewtopic.php? ... t=usb+emc2
Основной проблемой было задержки в USB и COM при отправке пакетов данных. Т.е. нужно использовать что-то из LPT или PCI...

[Impartial]

Что на выходе с ПЛИС получает драйвер мотора? Напряжение +-10 вольт или заполнение ШИМ +/-50%...

Устройство под названием Pluto-P из ЕМС2 с прошивкой под сервопривод выдает ШИМ для управления приводом.
Вот как выглядит прошивка для сервопривода в нормальном графическом представлении привычном для схемотехника.

Сервопривод

Здесь следующие сигналы:
clk-тактовый с частотой 40мгц.
epp_nReset, pport_data, nWrite, nWait, nDataStr,nAddrStr - сигналы LPT порта работающего в EPP режиме.
dout, din - сигналы цифровых входов-выходов.
quadA, quadB, quadZ - входные сигналы с инкрементных квадратурных энкодеров.
up, down - сигналы управления верхними/нижними силовыми ключами

[Impartial]

Добавлю еще как все это выглядит внутри с точки зрения программиста.


Generalities
============

The register layout of the pluto-servo is an implementation detail and
may vary from release to release of emc.

The "address" is auto-incrementing after transfers.

Multi-byte data is transferred least-significant-byte-first.


Read registers
==============

The "read" registers (data transfer from pluto to PC) are each 4 bytes
long and start at address 0. Beginning a read within a register (e.g.,
at address 2) results in undefined behavior. Bits without an
interpretation are undefined.

Address Bits Interpretation
0..3 0..13 Encoder 0 count
14..27 Encoder 0 last index pulse count
15 Encoder 0 index seen
4..7 0..13 Encoder 1 count
14..27 Encoder 1 last index pulse count
15 Encoder 0 index seen
8..11 0..13 Encoder 2 count
14..27 Encoder 2 last index pulse count
15 Encoder 0 index seen
12..15 0..13 Encoder 3 count
14..27 Encoder 3 last index pulse count
15 Encoder 0 index seen
16..19 0..7 Dedicated digital inputs 0..7
8..11 Encoder 0..3 "Z" input
12..15 Encoder 0..3 "B" input
16..20 Encoder 0..3 "A" input
21..27 (future) watchdog timer value


Write registers
===============

The "write" registers (data transfer from pluto to PC) are each 2 bytes
long and start at address 0. Beginning a read within a register (e.g.,
at address 1) results in undefined behavior. Bits without an
interpretation should be sent as 0.

Address Bits Interpretation
0..1 0..10 PWM 0 duty cycle
12 PWM 0 up invert
13 PWM 0 down invert
14 PDM mode indicator for PWM 0..3
15 PWM 0 sign (0=force 'up' low; 1=force 'down' low)

2..3 0..10 PWM 1 duty cycle
12 PWM 1 up invert
13 PWM 1 down invert
15 PWM 1 sign (0=force 'up' low; 1=force 'down' low)

4..5 0..10 PWM 2 duty cycle
12 PWM 2 up invert
13 PWM 2 down invert
15 PWM 2 sign (0=force 'up' low; 1=force 'down' low)

6..7 0..10 PWM 3 duty cycle
12 PWM 3 up invert
13 PWM 3 down invert
15 PWM 3 sign (0=force 'up' low; 1=force 'down' low)

8..9 0..9 Dedicated digital outputs 0..9
13 write to 1 to enable encoder test mode
14 write to 1 to enable watchdog and reset WDT
15 Index signal polarity for encoder 0..3


Notes
=====

Encoder
=======
The encoder "count" and "last index pulse count" must be sign extended in the
driver. This makes the maximum count rate 8191 counts per polling period.

When an index pulse has occurred, "last index pulse count" is updated with the
count on the rising edge of the index, and "index seen" will be set on the next
read cycle. It is up to the HAL driver to perform index-enable logic.

PWM
===
In up/down mode, bit 15 functions like a sign bit. In pwm/direction
mode, bit 13 functions like a direction bit. Bits 12 and 13 function as
inverts (when PWM function is used) or as digital outputs (when PWM
function is disabled, bits 10..0 == 0). It's up to the HAL driver to
set all the bits properly for the desired PWM/digital output mode.

Watchdog
========
The watchdog consists of a 7-bit counter and a 1-bit enable which gives a
watchdog period of approximately 6.5ms. At power-up the enable is FALSE. When
bit 14 of register 8..9 is written TRUE, the counter is reset to 0 and enable
is set to TRUE. (there is no provision for resetting the watchdog enable to
FALSE) Every time the PWM counter overflows (approximately 51.2us) the watchdog
counter is incremented if it is not already at its maximum. When the watchdog
counter is at its maximum, the dedicated digital outputs and PWM outputs are
tristated.

[Klim_1]

Спасибо!
Изучаю, вникаю, пытаюсь понять принципы. Пока хочу одуплиться самостоятельно. Проблема в том что о ПЛИС я слышал только по наслышке, понимаю что программируемая логика и скорость работы на порядки выше микроконтроллеров, и далее не вникал, не было за чем. И для меня немного не привычно без схемотехники определять порты при конфигурации.

[Klim_1]

Ребят - подскажите еще - где почитать о работе сервы на русском. Именно - как управляется серва и какие команды с каких портов пихать драйверу? Про порты скачал http://forum.rcdesign.ru/attachment.php ... 1285250632 из сообщения http://forum.rcdesign.ru/f110/thread185 ... ost2110587 Где пытались собрать готовый проэкт но работа стала в конце зимы... жаль...
Т.е. скажем - соберу я эту схему, прошью. Какие команды получит драйвер? ШИМ по портам Up и Down где порты будут говорить в какую сторону с какой скоростью ехать? А сигналы энкодеров пойдут на порты quad ??? Разжуйте пожалуйста, или ссылочку на матчасть???
А так в целом уже не сильно и страшный этот горыныч Хотя опаска еще есть когда осваиваешь что то новое!!!

[aftaev]

Срвы бывают разные, управляются по разному. Обычно сигнаы step/dir или +-10в или CV/CW и тд...

Именно - как управляется серва и какие команды с каких портов пихать драйверу

Непонятная схема.

[Nick]

Самое простое определиться с энкодерами - там есть три пина (порта). Фаза А, фаза В и Фаза Z. Первые две используются для определения положения, третья для выставления нуля.

А вот сама серва управляться можем бооольшим количеством способов. Варианты:
1. Один пин. На него ШИМ с напряжением в диапазоне (a,b), где a и б могут быть любыми. В зависимости от значения серва будет стремиться выставить необходимое усилие, либо скорость. (нижняя половина диапазона вращает в одну сторону, верхняя в другую).
2. Два пина. Тоже самое, только для вращения в одну сторону используется первый пин, а во вторую - второй.
3. Два пина. Один сила, второй направление.
4. Два пина. Step dir.
.....
А еще есть пины на разные ошибки, превышение нагрузок и прочего.

В EMC2 для этого есть специализированная вещь - HAL (hardware abstraction layer). На этом уровне реализуется управление стандартными модулями pid, encoder, stepgen. А потом пины вывода и ввода этих компонентов связываются между собой и внешними устройствами. С такой схемой можно подключить практически любое оборудование.

[Impartial]

Т.е. скажем - соберу я эту схему, прошью. Какие команды получит драйвер? ШИМ по портам Up и Down где порты будут говорить в какую сторону с какой скоростью ехать? А сигналы энкодеров пойдут на порты quad ??? Разжуйте пожалуйста, или ссылочку на матчасть???
А так в целом уже не сильно и страшный этот горыныч Хотя опаска еще есть когда осваиваешь что то новое!!!

Все так и есть. Но все это касается только ЕМС2.
Драйвер Pluto-P ЕМС2 выдает на плату некий аналог напряжения в цифровой форме. Можно его подать на ЦАП и получить напряжение для управления аналоговым приводом или использовать в качестве входного для ШИМ генератора, что и делает эта плата.
Квадратурные инкрементные энкодеры подключаются к соответствующим входам платы.
А на схемы не ориентируйтесь! Нарисуйте сами как удобно вам для разводки и назначьте потом номерам ножек сигналы, допустим в Квартусе. Если не знаете как пришлите схему и я вам назначу. Сложного там ничего нет. И вообще нет ничего более дешевого, универсального и простого, чем идеология Pluto-P.
Кстати, Меса 712 построена по тому же принципу.
Вместо чипа, в указанной Вами схеме лучше применить CPLD типа EPM570T144. Прошивку, естественно, надо пересобрать под этот чип. Будет меньше проблем с программированием. Далее делаете программатор ByteBlaster, прошиваете и все работает.

[Klim_1]

Валкодер - будет (грубо говоря) от мышки. Но добавлю еще третью оптическую пару для установки нуля, один импульс на оборот. Сам диск с прорезями будет сидеть на валу мотора, что-то типа http://www.cnczone.ru/forums/index.php? ... st&id=1973, там же одна точка на диске как я понял - возможно для этого самого нуля. От вала мотора червячная передача, даст большое передаточное соотношение и практическую безлюфтовость редуктора (после доработки). Моторы попробую достать от лифта регулировки седений в авто. Мелкие и упрямые За ШВП тоже уже договариваюсь.
Далее о способе управления скоростью и направлением... хотел бы услышать версии о наиболее предпочтительном способе регулировки и защиты?
Тут есть кое что http://homepages.which.net/~paul.hills/ ... Servo.html
Думаю... Инфы пока за глаза для обдумывания...
За советы и в то числе по смене ПЛИС - Спасибо! Обозначимся с методом управления и буду готовить схему!

[Impartial]

Далее о способе управления скоростью и направлением... хотел бы услышать версии о наиболее предпочтительном способе регулировки и защиты?
Тут есть кое что http://homepages.which.net/~paul.hills/ ... Servo.html

ЕМС сама все сделает, это в нее заложено.

[Klim_1]

Тогда есть предложение - поскольку проект будет общим, рассчитанным на готовое для повторения устройство управления, хочу предложить:
- энкодер, оформить как у шариковой мышки, оптопары тоже оттуда, и сам диск тоже из мышки (для 100% повторяемости), единственное отличие - еще одна оптическая пара для установки нуля (одна прорезь на оборот). Если такое решение приемлемо (учитывая что у нас коллектрный мотор и диск будет на валу), разрешения должно хватить за глаза, тогда в схеме я именно такой энкодер и нарисую;
- драйвер двигателя, использовать интегральный драйвер L298. Так как по простым прикидкам для организации нормально работающего драйвера требуются 3 гальванически развязанных питания на каждый мотор (бустрепное питание я не рассматриваю, слишком капризное и все плавает на конденсаторе, который сам по себе - элемент не стабильный), или двухполярное питание (тогда можно даже на несколько моторов использовать один источник). По скольку такую цель как создать киловаттный драйвер я не преследую - думаю что будет правильным как раз вариант L298. Если вдруг нужно будет создать силовую часть помощнее - можно в виде отдельной ветки проработать и этот вопрос.
По драйверу я склоняюсь к минимально простому решению, что бы тот тполучил практически готовый сигнал и банально его усилил, а формирование сигнала сделать средствами ПЛИС, как самое экономичное и простое в железе решение.
Я по правильному пути иду?

[Nick]

- драйвер двигателя, использовать интегральный драйвер L298. Так как по простым прикидкам для организации нормально работающего драйвера требуются 3 гальванически развязанных питания на каждый мотор, или двухполярное питание (можно хоть на несколько моторов). По скольку такую цель как создать киловаттный драйвер я не преследую - думаю что будет правильным как раз вариант L298.

Я бы лучше разделил управляющую схему и исполнительную.

[Klim_1]

Я бы лучше разделил управляющую схему и исполнительную.

Не совсем понял. Управляющей будет CPLD типа EPM570T144. Она в своей сущности и будет управляющей. Очень хочу услышать комментарий Impartial о идее использовать формирование сигналов средствами самой ПЛИС и на выходе их только усилить ключами (будь то биполярники, полевики или спец микросхемы). Команды энкодера все равно будет пережовывать ПЛИС, и выдавать ШИМ в нужную сторону, почему бы их банально не усилить?
Как вариант интересен принцип драйвера http://homepages.which.net/~paul.hills/ ... llers.html пункт 10
Impartial - сможете меня поддержать написанием нужного кода и конфигурировать ПЛИС под нашу схему?

PS - возможно я немного не точно выразился... суть в том что бы на транзисторах (любых силовых ключах) оставить только датчик тока. Если для ПЛИС не хватит малого напряжения скажем с резистора тока - поставить компаратор и выдавать готовый сигнал логического уровня при превышении тока двигателем. Сам ПЛИС и будет полноценным ШИМ генератором для силовых ключей, т.е. для ключей останется только собрать драйвера и датчик тока. Сигнал рассогласования по идее должен вычислять ПЛИС на основе сигналов с энкодера, а получение сигнала токового превышения даст сигнал корректировки для остальных осей и их передвижения. Я правильно мыслю? Для меня эта тема нова и я могу переоценить серву с мозгом на логике, но если это реализуемо - то это очень заманчиво!

PSPS - есть возможность заказать ПЛИС. Какую из перечисленых выбрать?
EPM570T144C3N; EPM570T144C4N; EPM570T144C5N; EPM570T144I5N.

[Nick]

Ну в том смысле, что силовую часть отделить от логической схемы. Т.е. будет ПЛИС, который обрабатывает все сигналы и выдает управляющее напряжение в виде ШИМ на драйвера двигателей. Хотя, наверное ты описал тоже самое ...

[Impartial]

драйвер двигателя, использовать интегральный драйвер L298.

Можно и его использовать для маломощных двигателей. Нужно только учесть, что частота ШИМ около 20 кгц.

энкодер, оформить как у шариковой мышки, оптопары тоже оттуда, и сам диск тоже из мышки (для 100% повторяемости), единственное отличие - еще одна оптическая пара для установки нуля (одна прорезь на оборот). Если такое решение приемлемо (учитывая что у нас коллектрный мотор и диск будет на валу), разрешения должно хватить за глаза, тогда в схеме я именно такой энкодер и нарисую;

Если диск стоит на валу двигателя, а вал непосредственно вращает винт, то разрешения энкодера будет маловато, на колесике мышки около 40 прорезей.
Если двигатель вращает винт через редуктор то станет невозможным контролировать люфт редуктора. Поэтому, наверное , лучше применить нормальный энкодер. Контролировать начало оборота по энкодеру есть смысл только на поворотных осях. На линейных смысла не вижу.
ПЛИС формирует все сигналы для управления выходными ключами, поэтому достаточно на выходе только усилителей.
Однако в текущей версии прошивки отсутствует токовый контроль.

PSPS - есть возможность заказать ПЛИС. Какую из перечисленых выбрать?
EPM570T144C3N; EPM570T144C4N; EPM570T144C5N; EPM570T144I5N.

Выбирайте самую дешевую в корпусе LQFP. Подойдут также все EPM570T100xx. В них ножек меньше (100) проще будет разводить.
Если схему сделаете в ORCAD то помогу с коррекцией.

Я бы лучше разделил управляющую схему и исполнительную.

Полностью согласен. Плата управления и силовая должны быть на разных платах.

Impartial - сможете меня поддержать написанием нужного кода и конфигурировать ПЛИС под нашу схему?

Да, конечно. Рисуйте схему я под нее сделаю прошивку и выложу на сайт вместе со схемой программатора и программой для программирования ПЛИС.

[Klim_1]

Плата управления и силовой блок будут на разных платах для удобства отладки и корректно для помехоустойчивости.
По поводу диска оптического энкодера - он будет сидеть на валу мотора ДО редуктора (читай червячной пары), это я уже почитал в соседних ветках. Вопрос - не ужели не хватит 40 прорезей для обычного коллекторного двигателя? К примеру передаточное соотношение будет 50/1 на червячной паре, 40 прорезей на 50 оборотов даст 2000 импульсов на оборот, это мало? Или я что то не понял? Или может поставить что то типа пассика и большого/малого шкивов, типа без люфтовая передаточная пара? Она большим шкивом на валу мотора и малым на диске энкодера увеличит кол-во импульсов на оборот...
Схему нарисую в ORCAD. Токовую защиту будем добавлять? Для учебного пособия оно не нужно, НО для нашего проекта как готовое решение на 3 оси, без токовой защиты это будет немного ущербно.

Процесс пошел )))

[Impartial]

К примеру передаточное соотношение будет 50/1 на червячной паре, 40 прорезей на 50 оборотов даст 2000 импульсов на оборот, это мало? Или я что то не понял? Или может поставить что то типа пассика и большого/малого шкивов, типа без люфтовая передаточная пара? Она большим шкивом на валу мотора и малым на диске энкодера увеличит кол-во импульсов на оборот...

Вопрос только в контроле люфта редуктора.

Схему нарисую в ORCAD. Токовую защиту будем добавлять? Для учебного пособия оно не нужно, НО для нашего проекта как готовое решение на 3 оси, без токовой защиты это будет немного ущербно.

Добавляйте, прошивку дополним.