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本節主要講解如何通過Python編程調試ZMC432CL-V2的脈沖閉環功能。
ZMC432CL-V2高性能多軸運動控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖型的獨立式運動控制器，具備高速實時反饋功能，支持脈沖全閉環控制，能夠實現高精度、高響應速度的運動控制。高精度定位，有效消除機械傳動誤差，滿足高精密加工場景應用要求。
ZMC432CL-V2硬件功能特性：
1.豐富的運動控制功能：支持直線、圓弧、空間圓弧、螺旋插補等。
2.硬件接口豐富：支持脈沖軸（帶編碼器反饋）和EtherCAT總線軸，具備24路輸入和12路輸出的通用IO，部分為高速IO，2路模擬量輸出(DA)。
3.EtherCAT刷新周期最快達250us，滿足高速通信需求。
4.支持4通道硬件比較輸出、硬件定時器、運動中精準輸出，適用于多通道視覺飛拍等場合。
5.支持掉電檢測、掉電存儲，多種程序加密方式，能夠有效防止系統故障，保護項目工程文件數據，并提高系統的可靠性。
6.通過純國產IDE開發環境RTSys進行項目開發，可實時仿真、在線跟蹤以及診斷與調試，簡便易用，支持多種高級上位機語言聯合編程進行二次開發。
更多關于ZMC432CL-V2詳情介紹點擊→步進控制的光柵尺全閉環解決方案：32軸EtherCAT總線運動控制器ZMC432CL-V2。
Python語言如何調用ZMotion的動態庫進行項目開發
此案例Python開發環境
操作系統環境 ：Win11_64位
Python版本：python-3.10.10-amd64.exe
Pycharm版本：pycharm-community-2024.1.3.exe
一.python開發前對環境、解析器進行配置。
1.安裝漢化包：點擊file→setting→plugins，然后搜索Chinese中文包。
2.python解析器安裝Pyside2軟件包（QT庫）：File→Settings→Project pythonProject。
3.配置自定義控件：File→Settings→Tools→External Tools點擊+新增自定義工具。
自定義QtDesigner
目的：用于生成.ui文件
Name：QtDesigner
Group：Qt
Program：PySide2安裝路徑下的 designer.exe 路徑
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-designer.exe
Working directory：$ProjectFileDir$
自定義Pyside2-uic
目的：將制作好的.ui文件轉化為.py文件
Name：Pyside2-uic
Group：Qt
Program：Python安裝目錄下Scripts\pyside2-uic.exe
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-uic.exe
Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$.py
Working directory：$FileDir$
自定義Pyside2-rcc
目的：將圖片文件轉化為.py文件
Name：Pyside2-rcc
Group：Qt
Program：Python安裝目錄下Scripts\pyside2-rcc.exe
例如：C:\Python\Python39\Scripts\pyside2-rcc.exe
Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$_rc.py
Working directory：$FileDir$
4.配置好自定義控件后，后續可以直接在pycharm菜單中使用。
二.python+Qt進行項目創建與UI設置、添加ZMotion動態庫。
1.新建項目：文件→新建項目。
2.UI設置界面。
（1）進入項目ui設置界面：工具→Qt→QtDesigner。
（2）設置項目Ui:通過拖動控件到界面設置ui。
（3）ui設置完后保存文件：文件→保存。
3.python運行UI。
（1）添加UI運行的python文件：選中項目右鍵→新建→Python File。
（2）Ui_Weiget文件里面添加UI處理的類。
from PySide2.QtCore import QFile
from PySide2.QtUiTools import QUiLoader
class UiInterFace:
def __init__(self):
# 從文件中加載UI定義
q_state_file = QFile("mainWeiget.ui")
q_state_file.open(QFile.ReadOnly)
q_state_file.close()
# 從 UI 定義中動態 創建一個相應的窗口對象
self.ui = QUiLoader().load(q_state_file)
（3）同步驟（1）添加主運行python文件Main，并添加主入口運行函數。
from PySide2.QtWidgets import QApplication
from Ui_Weiget import UiInterFace
if __name__ == "__main__":
app = QApplication([]) #加載所有控件
ui_interface = UiInterFace() #創建窗體對象
ui_interface.ui.show() #主窗口的控件，全部顯示在界面上
app.exec_() #進入QApplication的事件處理循環
（4）此時在Main文件點擊運行按鈕，可以運行程序顯示UI界面。
4.添加庫文件、庫函數封裝的Python文件。
（1）找到廠家提供的光盤資料里面的python函數庫，路徑如下（64位庫為例）。
a.進入廠商提供的光盤資料找到“04PC函數\01PC函數庫V2.1\windows平臺\Python”文件夾，據需要選擇對應的函數庫，這里選擇64位庫。
b.進入“64位”后打開文件夾“Python64”找到“dll庫文件”與“zmcdll”。
（2）將廠商提供的python的庫文件以及相關文件復制到新建的項目中。
a.進入“dll庫文件”選中zauxdll.dl，zmotion.dll兩個文件復制到項目中。
b.進入“zmcdll”選中zauxdllPython.py文件復制到項目中。
c.把對應的庫文件與封裝的運動Python文件粘貼到項目中后。
（3）進入ui的python文件在文件開頭處導入zauxdllPython文件的ZAUXDLL類，并在界面類中創建ZAUXDLL對象。
PC函數介紹
1.PC函數手冊可在光盤資料查看，具體路徑如下。
2.連接控制器。
3.萬能指令之在線命令
有一些使用頻率較低的Basic指令我們沒有封裝到上位機的輔助庫中，如果用戶上位機需要調用對應的Basic指令的話，可以通過在線命令自行進行相關指令封裝。
Python編程調試ZMC432CL-V2的脈沖閉環功能
1.通過在線命令封裝脈沖閉環功能對應的上位機接口。
（1）選中項目右鍵→新建→Python File新建一個MyFullClosedLoop類文件。
（2）查詢Basic對應指令的使用說明，封裝一個設置軸比例增益的上位機接口。
def ZAux_Direct_SetPGain(self, iaxis, fValue):
'''
:Description:設置軸的比例增益
:param iaxis:軸號
:param fValue:比例增益P的值
:return:錯誤碼,返回字符串
'''
# 判斷軸數是否超標
if iaxis > self.MAX_AXIS_AUX:
return self.ERR_AUX_PARAERR
# 生成命令
pszCommand = "P_Gain({0}) = {1}".format(iaxis, fValue)
# 調用命令執行函數
ret = self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
return ret[0],ret[1]
（3）查詢Basic對應指令的使用說明，封裝一個獲取軸比例增益的上位機接口。
#連接控制器，一般使用網口連接，控制器默認IP是192.168.0.11，
def ZAux_Direct_GetPGain(self,iaxis):
'''
:Description:獲取軸的比例增益
:param iaxis:軸號
:return:錯誤碼,獲取的軸比例增益P的值
'''
# 判斷軸數是否超標
if iaxis >self.MAX_AXIS_AUX:
return self.ERR_AUX_PARAERR
#生成命令
pszCommand = "?P_Gain({0})".format(iaxis)
#調用命令執行函數
ret = self.Zmc.ZAux_Execute(pszCommand)
if self.ERR_OK != ret[0]:
return ret[0]
# 解析返回的字符串
if len(ret[1]) == 0:
return self.ERR_NOACK
else:
value = float(ret[1])
return self.ERR_OK,value
（4）封裝好的脈沖閉環功能相關的上位機接口。
2.Python閉環功能的測試例程編寫案例講解。
（1）【連接】連接控制器。
def on_btn_Connect(self):
if self.Zmc.handle.value is not None:
self.Zmc.ZAux_Close()
self.Zmc.handle.value = None
self.ui.setWindowTitle("脈沖閉環測試(步進驅動器+編碼器反饋)")
Temptype = 2 # 2-ETH
TempStr = self.ui.cb_strlist.currentText()
if self.ui.cb_type.currentText() == "網口":
Temptype = 2 # 2-ETH
elif self.ui.cb_type.currentText() == "LOCAL":
Temptype = 5 # MotionRT
elif self.ui.cb_type.currentText() == "PCI":
Temptype = 4 # PCI
elif self.ui.cb_type.currentText() == "串口":
Temptype = 1 # COM
iresult = self.Zmc.ZAux_FastOpen(Temptype, TempStr, 1000)
（2）【更新PID參數】按鈕如何打開和關閉脈沖閉環功能，如何更新PID參數。
def PidParaSet(self):
TempFloat = 0
TempDpos = 0
TempMpos = 0
TempInt = 0
Axis_Num = int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 軸號
CloseLoop = MyFullClosedLoop() # 創建 MyFullClosedLoop 控制器對象
CloseLoop.Zmc.handle=self.Zmc.handle #設置控制器句柄為當前連接控制器句柄
CompareStr = "閉環已開"
TempStr = self.ui.btn_IsClosedLoop.text()
#打開全閉環去控制軸運動
if TempStr == CompareStr:
#獲取軸位置，如果DPOS和MPOS相差太大不能打開脈沖閉環
TempDpos = self.Zmc.ZAux_Direct_GetDpos(Axis_Num)[1].value
TempMpos = self.Zmc.ZAux_Direct_GetMpos(Axis_Num)[1].value
if ((TempDpos - TempMpos) > 4 or (TempDpos - TempMpos < -4)):
print("規劃位置和反饋位置相差太大，無法啟動閉環功能！！！！")
QMessageBox.warning(self.ui, "提示", "規劃位置和反饋位置相差太大，無法啟動閉環功能！！！！")
return -1
#更新比例增益
TempFloat=self.ui.edit_ParaP.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetPGain(Axis_Num, TempFloat)
#更新積分增益
TempFloat=self.ui.edit_ParaI.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetIGain(Axis_Num,TempFloat)
# 更新微分增益
TempFloat=self.ui.edit_ParaD.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetDGain(Axis_Num,TempFloat)
#更新速度前饋增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaVF.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetVffGain(Axis_Num, TempFloat)
#更新加速度前饋增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaAF.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetAffGain(Axis_Num, TempFloat)
# 更新速度增益
TempFloat = self.ui.edit_ParaOV.text()
CloseLoop.ZAux_Direct_SetOvGain(Axis_Num, TempFloat)
#注意：在打開servo之前打開encoder_servo后要完成一次atype由0變為4的切換，否則會報axis: axis:0 config not support Servo#1、先打開encoder_servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(Axis_Num, 1)
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
#2、完成一次Atype由0變為4的切換
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
#3、打開Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num, 1);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
print("閉環參數配置完成, 軸全閉環功能打開成功。");
else:
print("軸閉環開關Servo打開失敗, 導致脈沖全閉環開啟失敗");
return -1;
else:
print("軸編碼器閉環EncoderServo打開失敗, 導致脈沖全閉環開啟失敗！！！");
return -1;
else:
#關閉全閉環的功能
#1、關閉EncoderServo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetEncoderServo(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
Console.WriteLine("軸EncoderServo關閉失敗！！！");
return -1;
# 2、關閉EncoderServo后需要完成ATYPE的切換，保證完全關閉閉環功能
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
# 3、關閉Servo
CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num, 0);
time.sleep(0.02)
TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
if TempInt==1:
print("軸Servo關閉失敗！！！");
return -1;
return 0;
（3）【更新軸參數】按鈕如何完成軸參數的更新。
def AxisParaSet (self):
TempFloat = 0
TempInt1 = 0
TempInt2 = 0
Axis_Num = int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 軸號
# 設置最大隨動誤差FE_LIMIT
self.Zmc.ZAux_Direct_SetFeLimit(Axis_Num, 500)
# 更新編碼器齒輪比 （如果發N個脈沖，實際編碼器反饋M個脈沖，編碼器齒輪比要設置成 N/M）
TempInt1 = int(self.ui.edit_EncoderRatioMol.text())
TempInt2 = int(self.ui.edit_EncoderRatioDenom.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_EncoderRatio(Axis_Num, TempInt1, TempInt2)
# 更新脈沖當量，一般脈沖當量設置成機臺運動1mm需要的脈沖數
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaUnits.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetUnits(Axis_Num, TempFloat);
# 全閉環的功能需要把ATYPE設置成4
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num, 4);
# 更新速度
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaSpeed.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetSpeed(Axis_Num, TempFloat);
# 更新加速度、減速度
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaAccel.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetAccel(Axis_Num, TempFloat);
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaDecel.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetDecel(Axis_Num, TempFloat);
# 是否啟用SS曲線
if self.CurveIsSS == 1:
# 啟用SS曲線,VP_MODE模式設置成7即可
# 上位機沒有現場設置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能指令
pszCommand = "VP_MODE({0}) = 7 ".format(Axis_Num)
self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
print("啟用SS曲線,VP_MODE模式設置成7！！")
else:
# 啟用S曲線,VP_MODE模式設置成0即可
# 上位機沒有現場設置VP_MODE的接口，直接在線命令去封裝，在線命令是萬能指令
pszCommand = "VP_MODE({0}) = 0 ".format(Axis_Num)
self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
# S曲線模式，S曲線時間sramp是有效果的，需要設置一下
TempFloat = float(self.ui.edit_ParaSramp.text())
self.Zmc.ZAux_Direct_SetSramp(Axis_Num, TempFloat);
print("啟用S曲線,VP_MODE模式設置成0！！")
print("軸參數設置完成！！")
通過RTSys的示波器對比開環控制和全閉環控制的情況
示波器的使用可以參考正運動小助手的歷史推文《運動控制看的更清楚細致！RTSys示波器功能簡介 (qq.com)》。
1.開環控制情況分析
測試發現：步進驅動器的開環控制，運動過程中隨動誤差（規劃位置和光柵尺反饋位置的差值）一直維持在0.02個用戶單位左右(這里一個用戶單位即一個UNITS設置的是1mm），當運動結束時光柵尺的反饋位置和指令規劃位置也不相等，大概差了0.0015個用戶單位，折算為脈沖數是0.0015*用戶單位=3個脈沖。
2.閉環控制情況分析
測試發現：步進驅動器的閉環控制，運動過程中隨動誤差（規劃位置和光柵尺反饋位置的差值）除了啟動和停止以外大部分保持在0個脈沖當量左右，相比較開環控制有較大的提升，當運動結束時光柵尺的反饋位置和指令規劃位置也是相等的。
3.教學視頻可點擊→“步進控制的光柵尺全閉環EtherCAT運動控制器ZMC432CL-V2（五）：Python編程調試”查看。
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本次，正運動技術步進控制的光柵尺全閉環EtherCAT運動控制器ZMC432CL-V2（五）：Python編程調試，就分享到這里。
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本文由正運動技術原創，歡迎大家轉載，共同學習，一起提高中國智能制造水平。文章版權歸正運動技術所有，如有轉載請注明文章來源。
正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優秀人才，在堅持自主創新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發展最快的企業之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業。主要業務有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。
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