步进控制的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（五）：Python编程调试

之前的课程给大家介绍了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Python编程调试ZMC432CL-V2的脉冲闭环功能。

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。

ZMC432CL-V2硬件功能特性：

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。

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。

Python语言如何调用ZMotion的动态库进行项目开发

此案例Python开发环境操作系统环境 ：Win11_64位

Python版本：python-3.10.10-amd64.exe

Pycharm版本：pycharm-community-2024.1.3.exe

一.python开发前对环境、解析器进行配置。

1.安装汉化包：点击file→setting→plugins，然后搜索Chinese中文包。

2.python解析器安装Pyside2软件包（QT库）：File→Settings→Project pythonProject。

3.配置自定义控件：File→Settings→Tools→External Tools点击+新增自定义工具。

自定义QtDesigner目的：用于生成.ui文件

Name：QtDesigner

Group：Qt

Program：PySide2安装路径下的 designer.exe 路径

例如：C:PythonPython39Scriptspyside2-designer.exe

Working directory：$ProjectFileDir$

自定义Pyside2-uic目的：将制作好的.ui文件转化为.py文件

Name：Pyside2-uic

Group：Qt

Program：Python安装目录下Scriptspyside2-uic.exe

例如：C:PythonPython39Scriptspyside2-uic.exe

Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$.py

Working directory：$FileDir$

自定义Pyside2-rcc目的：将图片文件转化为.py文件

Name：Pyside2-rcc

Group：Qt

Program：Python安装目录下Scriptspyside2-rcc.exe

例如：C:PythonPython39Scriptspyside2-rcc.exe

Arguments：$FileName$ -o $FileNameWithoutExtension$_rc.py

Working directory：$FileDir$

4.配置好自定义控件后，后续可以直接在pycharm菜单中使用。

二.python+Qt进行项目创建与UI设置、添加ZMotion动态库。

1.新建项目：文件→新建项目。

2.UI设置界面。

（1）进入项目ui设置界面：工具→Qt→QtDesigner。

（2）设置项目Ui:通过拖动控件到界面设置ui。

（3）ui设置完后保存文件：文件→保存。

3.python运行UI。

（1）添加UI运行的python文件：选中项目右键→新建→Python File。

（2）Ui_Weiget文件里面添加UI处理的类。

fromPySide2.QtCoreimportQFile
fromPySide2.QtUiToolsimportQUiLoader
classUiInterFace:
 def__init__(self):
   # 从文件中加载UI定义
    q_state_file = QFile("mainWeiget.ui")
    q_state_file.open(QFile.ReadOnly)
    q_state_file.close()
   # 从 UI 定义中动态 创建一个相应的窗口对象
    self.ui = QUiLoader().load(q_state_file)

（3）同步骤（1）添加主运行python文件Main，并添加主入口运行函数。

fromPySide2.QtWidgetsimportQApplication
fromUi_WeigetimportUiInterFace
if__name__ =="__main__":
  app = QApplication([]) #加载所有控件
  ui_interface = UiInterFace() #创建窗体对象
  ui_interface.ui.show()  #主窗口的控件，全部显示在界面上
  app.exec_()      #进入QApplication的事件处理循环

（4）此时在Main文件点击运行按钮，可以运行程序显示UI界面。

4.添加库文件、库函数封装的Python文件。

（1）找到厂家提供的光盘资料里面的python函数库，路径如下（64位库为例）。

a.进入厂商提供的光盘资料找到“04PC函数1PC函数库V2.1windows平台Python”文件夹，据需要选择对应的函数库，这里选择64位库。

b.进入“64位”后打开文件夹“Python64”找到“dll库文件”与“zmcdll”。

（2）将厂商提供的python的库文件以及相关文件复制到新建的项目中。

a.进入“dll库文件”选中zauxdll.dl，zmotion.dll两个文件复制到项目中。

b.进入“zmcdll”选中zauxdllPython.py文件复制到项目中。

c.把对应的库文件与封装的运动Python文件粘贴到项目中后。

（3）进入ui的python文件在文件开头处导入zauxdllPython文件的ZAUXDLL类，并在界面类中创建ZAUXDLL对象。

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.连接控制器。

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。

Python编程调试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）选中项目右键→新建→Python File新建一个MyFullClosedLoop类文件。

（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。

defZAux_Direct_SetPGain(self, iaxis, fValue):
 '''
  :Description:设置轴的比例增益
  :param iaxis:轴号
  :param fValue:比例增益P的值
  :return:错误码,返回字符串
  '''
 # 判断轴数是否超标
 if iaxis > self.MAX_AXIS_AUX:
   returnself.ERR_AUX_PARAERR
 # 生成命令
  pszCommand ="P_Gain({0}) = {1}".format(iaxis, fValue)
 # 调用命令执行函数
  ret = self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
 returnret[0],ret[1]

（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。

defZAux_Direct_GetPGain(self,iaxis):
 '''
  :Description:获取轴的比例增益
  :param iaxis:轴号
  :return:错误码,获取的轴比例增益P的值
  '''
 # 判断轴数是否超标
 ifiaxis >self.MAX_AXIS_AUX:
   returnself.ERR_AUX_PARAERR
 #生成命令
  pszCommand ="?P_Gain({0})".format(iaxis)
 #调用命令执行函数
  ret = self.Zmc.ZAux_Execute(pszCommand)
 ifself.ERR_OK != ret[0]:
   returnret[0]
 # 解析返回的字符串
 iflen(ret[1]) ==0:
   returnself.ERR_NOACK
 else:
    value =float(ret[1])
   returnself.ERR_OK,value

（4）封装好的脉冲闭环功能相关的上位机接口。

2.Python闭环功能的测试例程编写案例讲解。

（1）【连接】连接控制器。

#连接控制器，一般使用网口连接，控制器默认IP是192.168.0.11，
defon_btn_Connect(self):
 ifself.Zmc.handle.valueisnotNone:
    self.Zmc.ZAux_Close()
    self.Zmc.handle.value =None
    self.ui.setWindowTitle("脉冲闭环测试(步进驱动器+编码器反馈)")
  Temptype =2# 2-ETH
  TempStr = self.ui.cb_strlist.currentText()
 ifself.ui.cb_type.currentText() =="网口":
    Temptype =2# 2-ETH
 elifself.ui.cb_type.currentText() =="LOCAL":
    Temptype =5# MotionRT
 elifself.ui.cb_type.currentText() =="PCI":
    Temptype =4# PCI
 elifself.ui.cb_type.currentText() =="串口":
    Temptype =1# COM
  iresult = self.Zmc.ZAux_FastOpen(Temptype, TempStr,1000)

（2）【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。

defPidParaSet(self):
 TempFloat=0
 TempDpos=0
 TempMpos=0
 TempInt=0
 Axis_Num= int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 轴号
 CloseLoop= MyFullClosedLoop() # 创建 MyFullClosedLoop 控制器对象
 CloseLoop.Zmc.handle=self.Zmc.handle #设置控制器句柄为当前连接控制器句柄
 CompareStr="闭环已开"
 TempStr= self.ui.btn_IsClosedLoop.text()
 #打开全闭环去控制轴运动
 ifTempStr == CompareStr:
   #获取轴位置，如果DPOS和MPOS相差太大不能打开脉冲闭环
   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("规划位置和反馈位置相差太大，无法启动闭环功能！！！！")
? ? ? ? ? ??QMessageBox.warning(self.ui,?"提示",?"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
? ? ? ??TempFloat=self.ui.edit_ParaP.text()
? ? ? ??CloseLoop.ZAux_Direct_SetPGain(Axis_Num, TempFloat)
? ? ? ??#更新积分增益
? ? ? ??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)
? ? ? ??#更新速度前馈增益
? ? ? ??TempFloat?= self.ui.edit_ParaVF.text()
? ? ? ??CloseLoop.ZAux_Direct_SetVffGain(Axis_Num, TempFloat)
? ? ? ??#更新加速度前馈增益
? ? ? ??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: axis:0 config not support Servo#1、先打开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变为4的切换
? ? ? ? ? ??self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num,?0);
? ? ? ? ? ??time.sleep(0.02)
? ? ? ? ? ??self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num,?4);
? ? ? ? ? ??#3、打开Servo
? ? ? ? ? ??CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num,?1);
? ? ? ? ? ??time.sleep(0.02)
? ? ? ? ? ??TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
? ? ? ? ? ??if?TempInt==1:
? ? ? ? ? ? ? ??print("闭环参数配置完成, 轴全闭环功能打开成功。");
? ? ? ? ? ??else:
? ? ? ? ? ? ? ??print("轴闭环开关Servo打开失败, 导致脉冲全闭环开启失败");
? ? ? ? ? ? ? ??return?-1;
? ? ? ??else:
? ? ? ? ? ??print("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(Axis_Num,?0);
? ? ? ??time.sleep(0.02)
? ? ? ??TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetEncoderServo(Axis_Num)[1]
? ? ? ??if?TempInt==1:
? ? ? ? ? ??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
? ? ? ??self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num,?0);
? ? ? ??time.sleep(0.02)
? ? ? ??self.Zmc.ZAux_Direct_SetAtype(Axis_Num,?4);
? ? ? ??# 3、关闭Servo
? ? ? ??CloseLoop.ZAux_Direct_SetServo(Axis_Num,?0);
? ? ? ??time.sleep(0.02)
? ? ? ??TempInt=CloseLoop.ZAux_Direct_GetServo(Axis_Num)[1]
? ? ? ??if?TempInt==1:
? ? ? ? ? ??print("轴Servo关闭失败！！！");
? ? ? ? ? ??return?-1;
? ??return?0;

（3）【更新轴参数】按钮如何完成轴参数的更新。

defAxisParaSet(self):
  TempFloat =0
  TempInt1 =0
  TempInt2 =0
  Axis_Num =int(self.ui.edit_AxisId.text()) # 轴号
 # 设置最大随动误差FE_LIMIT
  self.Zmc.ZAux_Direct_SetFeLimit(Axis_Num,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）
  TempInt1 =int(self.ui.edit_EncoderRatioMol.text())
  TempInt2 =int(self.ui.edit_EncoderRatioDenom.text())
  self.Zmc.ZAux_Direct_EncoderRatio(Axis_Num, TempInt1, TempInt2)
 # 更新脉冲当量，一般脉冲当量设置成机台运动1mm需要的脉冲数
  TempFloat =float(self.ui.edit_ParaUnits.text())
  self.Zmc.ZAux_Direct_SetUnits(Axis_Num, TempFloat);
 # 全闭环的功能需要把ATYPE设置成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、减速度
  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);
 # 是否启用SS曲线
 ifself.CurveIsSS ==1:
   # 启用SS曲线,VP_MODE模式设置成7即可
   # 上位机没有现场设置VP_MODE的接口，直接在线命令去封装，在线命令是万能指令
    pszCommand ="VP_MODE({0}) = 7 ".format(Axis_Num)
    self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
   print("启用SS曲线,VP_MODE模式设置成7！！")
 else:
   # 启用S曲线,VP_MODE模式设置成0即可
   # 上位机没有现场设置VP_MODE的接口，直接在线命令去封装，在线命令是万能指令
    pszCommand ="VP_MODE({0}) = 0 ".format(Axis_Num)
    self.Zmc.ZAux_DirectCommand(pszCommand)
   # S曲线模式，S曲线时间sramp是有效果的，需要设置一下
    TempFloat =float(self.ui.edit_ParaSramp.text())
    self.Zmc.ZAux_Direct_SetSramp(Axis_Num, TempFloat);
   print("启用S曲线,VP_MODE模式设置成0！！")
 print("轴参数设置完成！！")

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。

3.教学视频可点击→“步进控制的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（五）：Python编程调试”查看。

完整代码获取地址

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本次，正运动技术步进控制的光栅尺全闭环EtherCAT运动控制器ZMC432CL-V2（五）：Python编程调试，就分享到这里。

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审核编辑 黄宇