Platinum Maestro运动控制器 —— PVT模式笔记

0. 文章说明

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1. PVT说明

详情参见API手册P783

       通常，PV/PVT运动由一组点定义，如果在当前位置之前提供了多个点，profiler可以构建一个三次多项式来计算下一个要下载到驱动器的位置。该路径是实时计算的，因此所有多项式系数的计算都在实时模块中进行。PV/PVT运动不需要执行完整的数据，只需要最少的点。
       与样条相似，输入表存储在共享内存中，但与样条不同的是，只存储坐标，而多项式系数在实时模块中计算。表可以通过文件加载，也可以通过用户提供的N x M数组加载。可以选择将一行或几行附加到表中，但要在合理的约束条件下;例如，不能将数据附加到当前段，分析器正在操作。PV/PVT函数块仅适用于NC循环/插补模式。
       用户提供的点多于3个，即可应用PVT插补。

2.PVT 插值模式

       对于PVT表的定义，遵循以下格式：

Ti为时间，有两种模式：两点之间的相对时间、各点分别对应的绝对时间。
轴的数量不受三个坐标轴的限制，最多可达16个坐标轴。

2.1 三次多项式插值(eCUBIC_POLYNOM)

三次多项式保证了位置和速度的连续性。它的缺点是在每一个连接点上都有加速度和加加速度（即簇动jerk）造成的不连续。

2.2 五次多项式插值(eQUINTIC_ON_CUBIC)

五次多项式保证了位置、速度和加速度的连续性。它的缺点是在每一个连接点上都有加加速度造成的不连续。

2.3 七次样条多项式(eSEPTIC_ON_CUBIC)

七次多项式保证了连续的位置，速度，加速度和加加速度。它的缺点是振幅变化比我们看到的低次多项式更高。这是在大多数情况下可以推荐的最通用的插值模式。

2.4 正弦插值

2.4.1 三角正弦插值(eCYCLOID_VELOCITY_MODIFIED1)

三角形正弦加速度-修正三角形加速度与AC(t)和DC(t)由正弦增加到某个最大值，然后下降到零。它保证连续的位置，速度，加速度和加加速度。

2.4.2 梯形正弦插值(eCYCLOID_VELOCITY_MODIFIED2)

梯形正弦加速度或修正梯形加速度通常由两部分组成:

• 加速度随正弦曲线从0增加到ACmax，运动与ACmax(抛物线位置，线速度剖面)和加速度下降的正弦为零。
• 由正弦波由零到-ACmax减速运动，由-ACmax减速运动(抛物线位置剖面，线速度剖面)，由正弦波减速增加到零。

它保证连续的位置，速度，加速度和加加速度(如果所有的段定义与此插值模式)。

2.4.3 正弦速度插值(eCYCLOID_POSITION)

这种插补方式产生摆线位置和正弦速度插补。正弦速度是这种插值类型的一个优点，但它有两个明显的缺点。首先，它的开始和结束都伴随着最大的jerk。其次，它的应用具有局限性，当Y(i)≠0和Y(i+1)≠0时必须满足开始和结束导数服从条件△Y(i)=0.5(Y(i)+Y(i+1))△X(i)。（此处存疑） 因此，这种插补方式主要用于Y(i)≠0或者Y(i)=0的情况。

3. 数据加载

将每一行输入数据作为表存储在共享内存中，表示时间、位置、速度和向量位置。例如，我们在使用m个轴的情况下，表中第n行按如下格式生成:

用户可以通过以下几种方式提供数据:

• 提供一个包含数据点的表的文件
• 提供一个包含数据点的数组，这些数据点也可以附加到给定索引中的现有路径

当用户决定向现有路径添加点时，他必须知道:

• 表的大小是有限的，应该知道它的最大大小
• 仅对于dynamic Append（动态添加），当点的数量超过表的上限时，这些点将被附加到表的开头。
• 不可能追加到当前段(目前，如果当前索引是X，用户只能从X + 3追加)。

在数据加载期间，从文件中读取这些点。然而，与样条不同的是，它们无需预先计算就可以插入共享内存。

禁止将数据附加到从文件加载的表中。如果T等于循环时间，应该使用一个简单的profiler。

4. PVT 运动

运动是使用一种特殊类型的函数块来执行的。当插入这个函数块类型时，应用一个特殊的轮廓仪来计算多项式系数并沿着计算的轨迹移动。

每一个循环下一段都向前计算。函数块包括指向当前选定路径数据起点的指针，包括所有路径常数数据，即维数、点数等。此外，函数块包含当前工作索引，因此如果用户希望添加点，系统将避免在当前工作索引中添加这些点。当PVT函数块处于运动状态时，只能通过STOP命令(类似于样条行为)以任何缓冲模式插入其他函数块。

5.动态模式

Maestro还支持动态地将数据加载到Maestro，即用户可以基于现有数据启动运动，剩余数据可以稍后添加。这个概念允许用户在考虑软件约束的情况下动态地更改路径。此时，实现了两种附加子模式：自动和手动。

• 在自动模式下，大师将记住添加数据的最后一个索引，并将在下一次添加到该索引中。
• 在手动模式下，用户必须提供索引，并在其中添加他希望添加的点。

实时模块使用计算出的点数来检查路径是否到达终点，即如果分配了2000个点数，而用户只插入了1000个点数，则不应遍历1000个点数的限制。此外，仅在动态模式下，当索引接近路径末尾时，才可以发送潜流事件。

5.1 初始化列表

在向表添加点之前，用户应该初始化它。这可以通过两种方式实现;通过从文件中加载一个表，或调用一个专用函数，该函数将初始化“常量”路径参数，如维度、最大点数等。

此外，用户应该选择附加操作是静态执行还是动态执行。如果选择动态附加，则用户应该选择下溢阀值。

5.2 加载数据

从数组中加载数据有两种模式——静态和动态。静态模式非常类似于从文件模式加载，当表中填充了最大值时，将加载表，并且不允许添加值。动态模式默认为循环模式，当超过潜流阀值时将生成实时事件。每次插入点的数量下降到预定义阈值以下时，就会向用户空间生成一个事件。使用现有的事件机制——用户根据需要处理溢出。

在向表中添加数据时，用户可以控制两个参数;是否附加在自动模式?如果没有，则第二个参数是要追加的索引。基于这两个参数，算法安全插入数据。

如果轴/向量在运动，则使用索引delta来维持计算出的路径(索引delta = 3)。如果当前索引与要追加的起始索引之差小于delta，则禁止插入。

在循环模式下，数据被附加到给定的索引(自动或手动)，当数据到达PVT段的末尾时，数据被自动附加到开头。在非循环模式下，当数据到达PVT段的末尾时，返回一个错误。

文件中的数据被识别为double型，则对于m轴一行数据需要((M2 + 1) * size of(double)) bytes，分配的总内存将是(N * (M2 + 1) * size (double))

5.3 循环模式（Cyclic Mode）

为了支持循环模式，对循环缓冲区进行了管理。主要的限制是附加的缓冲区的大小不能超过表的大小，因为这样结束时将运行在开始时。此外，如果附加索引在当前索引之后，用户应该保持一个最小的增量： Abs(current – start) < 3
如果追加的索引在当前索引之前，则应保持以下内容：start + block size < current

6.PVT在C++中的实现

PVT (ECAM和样条，在将来)的基类是继承自CMMCMotionAxis的类CMMCAxis，即它包含所有CMMCAxis成员和方法。类CMMCMotionAxis函数在第8章中详细介绍:位置、速度、时间(PVT)运动。类CMMCMotionAxis保留了本文档中描述的用于C函数块的字段参数属性和值。

应该注意的是，私有和受保护的函数及其操作应该对用户透明，而不是供用户一般应用。

PVT和ECAM的基类CMMCMotionAxis继承自CMMCAxis，即它包含所有CMMCAxis成员和方法。

该方法继承自CMMCAxis类，但在CMMCMotionAxis类中重载，因为该方法不适合CMMCAxis实现的需求。而是使用BindAxis方法，InitAxisData只会抛出一个异常。

PVT包含以下方法：

详细请参考《Maestro Administrative and Motion API》手册第8章

6.1 PVT表初始化函数

// 初始化列表函数介绍
//此函数根据维度和点数在共享内存中分配内存段。
//应该注意的是，当使用这个函数时，没有加载任何数据。函数返回hMemHandle，它是唯一的路径ID(类似于样条)。virtual MC_PATH_REF InitPVTTable(unsigned long ulMaxPoints,unsigned long ulUnderflowThreshold,unsigned char ucIsCyclic,unsigned char ucIsPosAbsolute,unsigned short usDimension,MC_COORD_SYSTEM_ENUM eCoordSystem,NC_MOTION_TABLE_TYPE_ENUM eTableMode = eNC_TABLE_PVT_ARRAY) throw (CMMCException);/** \参数 ulMaxPoints - 表能够包含的最大点数(在非循环模式下)，任何+ve值都可以接受。* \参数 ulUnderflowThreshold - 如果当前索引和结束索引之间的点数低于此值，则将生成一个事件。值不能大于ulMaxPoints值。* \参数 ucIsCyclic - 这个列表应该是循环的吗?也就是说，当索引到达表的末尾时，它会滚动并从头开始？。布尔值为0或1* \参数 ucIsDynamic - 是否允许动态追加* \参数 ucIsPosAbsolute - 是否是绝对位置，1为绝对位置，0为相对位置* \参数 usDimension - PVT表的维度* \参数 eSplineMode	- 定义样条函数的计算方法 (FT/VT/CV_DWELL)* \参数 ConstVelocity	- 所有的线段都必须有恒定的速度* \参数 FixedType	- 在所有段上强制使用常数时间(ms)* \参数 eCoordSystem - 支持的坐标系类型* \参数 eTableMode - 这个枚举用作这些函数的输入，以便区分ECAM和PVT.目前只能应用eNC_TABLE_PVT_FILE和eNC_TABLE_PVT_ARRAY（默认采用三次样条插补）。*                   //对于插补这一点，可能不如PMAC。* \return void*/

6.2 PVT数据点加载函数

//自动添加void AppendPVTPoints(MC_PATH_REF hMemHandle,double (&dTable)[NC_PVT_ECAM_MAX_ARRAY_SIZE],unsigned long ulNumberOfPoints,unsigned char ucIsTimeAbsolute = 0,NC_MOTION_TABLE_TYPE_ENUM eTableType = eNC_TABLE_PVT_ARRAY) throw (CMMCException);/** \brief 此函数将点追加到现有表* \参数  hMemHandle - 指向共享内存指针所在的日志项的句柄* \参数  dTable[NC_PVT_ECAM_MAX_ARRAY_SIZE] - 指向数组值表的指针，数组最大值限制为170。* \参数  ulNumberOfPoints - 要追加的行中点数，任何+ve值都可以接受。* 					例如：对于三轴，一个轨迹点即一行，有7个参数（T,Px,Vx,Py,Vy,Pz,Vz），要添加n个轨迹点，则数组中共有7n个点，此时ulNumberOfPoints为n* \参数  ucIsTimeAbsolute - 时间是绝对的吗?*                	0为绝对，每一个“时间”输入都被用作绝对时间，此时当前点将结束运动并到达所需位置。*                  1为相对，每一个“时间”输入都被用作从以前的点移动到当前点结束所花费的时间。* \参数  NC_MOTION_TABLE_TYPE_ENUM eTableType - 这个枚举用作这些函数的输入，以便区分ECAM和PVT.目前只能应用eNC_TABLE_PVT_FILE和eNC_TABLE_PVT_ARRAY。* \return void*///--------------------------------------------------------------------------------------------
//手动添加void AppendPVTPoints(MC_PATH_REF hMemHandle,double (&dTable)[NC_PVT_ECAM_MAX_ARRAY_SIZE],unsigned long ulNumberOfPoints,unsigned long ulStartIndex,unsigned char ucIsTimeAbsolute = 0,NC_MOTION_TABLE_TYPE_ENUM eTableType = eNC_TABLE_PVT_ARRAY) throw (CMMCException);

6.3 PVT移动函数

//PVT运动virtual void MovePVT(MC_PATH_REF hMemHandle, MC_COORD_SYSTEM_ENUM eCoordSystem) throw (CMMCException);/** \brief  这个函数沿着PT/PVT表移动(在线样条)* \param hMemHandle - 表访问句柄* \param eCoordSystem - 坐标系设置 - 与单轴无关* \return 0 执行成功则返回0，否则执行错误*///PT运动virtual int MovePT(MC_PATH_REF hMemHandle, MC_COORD_SYSTEM_ENUM eCoordSystem) throw (CMMCException);

7.PVT 使用教程

7.1 使用方法

三步走（数组方式静态加载）：

1. InitPVTTable()
2. AppendPVTPoints() / AppendPointsToPVTTable()
3. MovePVT()

7.2 例程

/*================================================================================Name: 		pvt_motor.cppAuthor:	Jack SoongVersion:	1.00Description:	测试数组加载的PVT功能================================================================================*/
#include "mmc_definitions.h"
#include "mmcpplib.h"
#include <iostream>
#include <unistd.h>using namespace std;int giAxis1Status,giAxis2Status,giAxis3Status,giAxis4Status;void TableUnderflow(unsigned short usAxisRef);
void Emergency_Received(unsigned short usAxisRef, short sEmcyCode);
int  CallbackFunc(unsigned char* recvBuffer, short recvBufferSize,void* lpsock);
void SetData();
//===========================================================================================
int main(int argc, char* argv[])
{CMMCConnection MyConnectionClass;unsigned int ui_conn_hndl;CMMCGroupAxis Group1;CMMCSingleAxis Axis1,Axis2,Axis3,Axis4;ui_conn_hndl = MyConnectionClass.ConnectIPCEx(0x7fffffff,(MMC_MB_CLBK)CallbackFunc);MyConnectionClass.GetVersion();MyConnectionClass.GetVersion_Ex();//关联轴Axis1.InitAxisData("a01",ui_conn_hndl);Axis2.InitAxisData("a02",ui_conn_hndl);Axis3.InitAxisData("a03",ui_conn_hndl);Axis4.InitAxisData("a04",ui_conn_hndl);//为特定类型回调注册事件回调MyConnectionClass.RegisterEventCallback(MMCPP_TABLE_UNDERFLOW,(void*)TableUnderflow);MyConnectionClass.RegisterEventCallback(MMCPP_EMCY, (void*)Emergency_Received);MMC_MOTIONPARAMS_GROUP	stVectorDefault ;stVectorDefault.fAcceleration	= 1000000;                             //加速度stVectorDefault.fDeceleration	= 1000000;                           //负加速度stVectorDefault.fJerk			= 20000000;                         //加加速度stVectorDefault.fVelocity		= 1000000;                          //速度stVectorDefault.eBufferMode		= MC_BUFFERED_MODE;             //定义轴的行为stVectorDefault.eTransitionMode	= MC_TM_NONE_MODE;                 //转换模式stVectorDefault.eCoordSystem	= MC_ACS_COORD;                //定义支持的坐标系统的类型stVectorDefault.m_uiExecDelayMs = 0;                             //执行下一个动作的延迟(以秒为单位)。任意+ve整数值stVectorDefault.ucSuperimposed 	= 0;                            //是否操作了叠加选项stVectorDefault.ucExecute		=1;                           //从上升边缘启动执行命令// Initialize Vctor names and default parameters.初始化Vctor名称和默认参数。Group1.InitAxisData("v01",ui_conn_hndl) ; //关联轴组Group1.SetDefaultParams(stVectorDefault); //更新轴组参数///giAxis1Status 	= Axis1.ReadStatus() ;if(giAxis1Status & NC_AXIS_ERROR_STOP_MASK){Axis1.Reset() ;giAxis1Status 	= Axis1.ReadStatus() ;}giAxis2Status 	= Axis2.ReadStatus() ;if(giAxis2Status & NC_AXIS_ERROR_STOP_MASK){Axis2.Reset() ;giAxis2Status 	= Axis2.ReadStatus() ;}giAxis3Status 	= Axis3.ReadStatus() ;if(giAxis3Status & NC_AXIS_ERROR_STOP_MASK){Axis3.Reset() ;giAxis3Status 	= Axis3.ReadStatus() ;}giAxis4Status 	= Axis4.ReadStatus() ;if(giAxis4Status & NC_AXIS_ERROR_STOP_MASK){Axis4.Reset() ;giAxis4Status 	= Axis4.ReadStatus() ;}/*-----------------------   All axis and group enable     ----------------------------*/Axis1.PowerOn();while (!(Axis1.ReadStatus() & NC_AXIS_STAND_STILL_MASK));Axis2.PowerOn();while (!(Axis2.ReadStatus() & NC_AXIS_STAND_STILL_MASK));Axis3.PowerOn();while (!(Axis3.ReadStatus() & NC_AXIS_STAND_STILL_MASK));Axis4.PowerOn();while (!(Axis4.ReadStatus() & NC_AXIS_STAND_STILL_MASK));cout<<"aaa"<<endl;Group1.GroupEnable();cout<<"bbb"<<endl;while (!(Group1.ReadStatus() & NC_GROUP_STANDBY_MASK));cout<<"ccc"<<endl;/*-----------------------    Go Home    ----------------------------*//* All axis go back to absolute 0 position *///所有电机回零//两种写法，如果不用类，直接指定，则可以直接赋值,具体参考手册 Group移动部分//轴组回零有问题double db_pos[4] = {0,0,0,0};Group1.MoveLinearAbsolute(100000, db_pos); //参数1为最大的速度值，参数2为轴运动目标while (!(Group1.ReadStatus() & NC_GROUP_STANDBY_MASK));sleep(0.5);/*-----------------------    Set data table       ----------------------------*//*-----------------------    PVT Table Setting    ----------------------------*/MC_PATH_REF PVTReference;double dTable[170]={0,	0,	0,	0,	0,	0,	0,	0,	0,1,	655360,	1000000,	655360,	1000000,	655360,	1000000,	655360,	1000000,0.2,	1310720,	1000000,	1310720,	1000000,	1310720,	1000000,	1310720,	1000000,0.2,	1966080,	1000000,	1966080,	1000000,	1966080,	1000000,	1966080,	1000000,0.2,	2621440,	1000000,	2621440,	1000000,	2621440,	1000000,	2621440,	1000000,0.2,	3276800,	1000000,	3276800,	1000000,	3276800,	1000000,	3276800,	1000000,0.2,	3932160,	1000000,	3932160,	1000000,	3932160,	1000000,	3932160,	1000000,0.2,	4587520,	1000000,	4587520,	1000000,	4587520,	1000000,	4587520,	1000000,0.2,	5242880,	1000000,	5242880,	1000000,	5242880,	1000000,	5242880,	1000000,0.2,	5898240,	1000000,	5898240,	1000000,	5898240,	1000000,	5898240,	1000000,1,	6553600,	0,	6553600,	0,	6553600,	0,	6553600,	0,};///*-----------------------    PVT Motion    ----------------------------*/PVTReference = Group1.InitPVTTable(300,3,0,1,4,MC_ACS_COORD);Group1.AppendPVTPoints(PVTReference,dTable,11);//相对时间Group1.MovePVT(PVTReference,MC_ACS_COORD);int GroupStatus;while(!((GroupStatus = Group1.ReadStatus()) & NC_GROUP_STANDBY_MASK)){usleep(1000);cout << "Moving !!!" << endl;}/*-----------------------    卸载PVT数据，Disable各轴及轴组      ----------------------------*/Group1.UnloadPVTTable(PVTReference);Group1.GroupDisable();Axis1.PowerOff();Axis2.PowerOff();Axis3.PowerOff();Axis4.PowerOff();MMC_CloseConnection(ui_conn_hndl);printf("Program finished\n");return 0;
}
//===========================================================================================void TableUnderflow(unsigned short usAxisRef)
{cout << "usAxisRef = " << usAxisRef << endl;//bSendpoints = true;return;
}void Emergency_Received(unsigned short usAxisRef, short sEmcyCode)
{printf("Emergency Message Received on Axis %d. Code: %x\n",usAxisRef,sEmcyCode) ;
}int CallbackFunc(unsigned char* recvBuffer, short recvBufferSize,void* lpsock)
{switch(recvBuffer[1]){case EMCY_EVT:printf("Emergency Event received\r\n") ;break ;case MOTIONENDED_EVT:printf("Motion Ended Event received\r\n") ;break ;case HBEAT_EVT:printf("H Beat Fail Event received\r\n") ;break ;case PDORCV_EVT:printf("PDO Received Event received - Updating Inputs\r\n") ;break ;case DRVERROR_EVT:printf("Drive Error Received Event received\r\n") ;break ;case HOME_ENDED_EVT:printf("Home Ended Event received\r\n") ;break ;case SYSTEMERROR_EVT:printf("System Error Event received\r\n") ;break ;}return 1 ;
}