Descripciones de Componentes HAL

Este componente proporciona generación de pulsos de paso, basada en software, en respuesta a comandos de posición o velocidad. En el modo posición tiene un bucle de posición preajustado, por lo que no se requiere sintonización PID. En modo velocidad, maneja un motor a la velocidad ordenada, manteniendo los límites de velocidad y aceleración. Es un componente en tiempo real solamente, y dependiendo de la velocidad de la CPU, etc, es capaz de velocidades de paso máximas de entre 10 kHz a 50kHz. El diagrama de bloques del generador de pulsos de pasos muestra un diagrama con tres bloques; cada uno es un generador de pulsos de paso. El primer diagrama es para pasos tipo 0, (paso y dirección). El segundo es para el tipo de paso 1 (arriba/abajo, o pseudo-PWM), y el tercero es para los tipos de paso 2 a 14 (varios patrones de pasos). Los dos primeros diagramas muestran el modo de control de posición y el tercero muestra el modo de velocidad. El modo de control y tipo de paso se configuran de forma independiente y se puede seleccionar cualquier combinación.

<type-array> es una serie de enteros decimales separados por comas. Cada número carga un generador de pulsos de paso; el valor del número determina el tipo de stepping. ctrl_type es opcional; si se omite, todos los generadores de paso serán modo posición. <ctrl_array> es una serie de caracteres p o v, separados por comas, para especificar modo posición o modo velocidad.

Por ejemplo:

instalará tres generadores de pasos. Los dos primeros usan el tipo de paso 0 (paso y dirección) y se ejecutan en modo posición. El tercero usa el tipo de paso 2 (cuadratura) y se ejecuta en modo velocidad. El valor predeterminado para <type-array> es 0,0,0 que instalará tres generadores de tipo 0 (paso/dir). El maximo número de generadores de pasos es 8 (definido en MAX_CHAN en stepgen.c). Cada generador es independiente, pero todos son actualizados por la(s) misma(s) función(es) al mismo tiempo. En las siguientes descripciones, <chan> es el número de un generador específico. El primer generador es el número 0.

Cada generador de pulsos de paso tendrá varios de estos pines, dependiendo del tipo de paso y el tipo de control seleccionado:

En el modo posición, los valores de maxvel y maxaccel son utilizados por el bucle de posición interno para evitar la generación de trenes de pulso de paso que el motor no pueda seguir. Cuando se establecen valores apropiados para el motor, incluso un gran cambio instantáneo en la posición ordenada da como resultado un movimiento trapezoidal suave hacia la nueva ubicación. El algoritmo funciona midiendo el error de posición y el error de velocidad, y calculando una aceleración que intentara reducir ambos a cero al mismo tiempo. Para más detalles, incluido el contenido del cuadro ecuación de control, consulte el código.

En el modo velocidad, maxvel es un límite simple que se aplica a la velocidad ordenada, y maxaccel se usa para aumentar la frecuencia real si la velocidad ordenada cambia bruscamente. Como en el modo de posición, unos valores apropiados para estos parámetros aseguran que el motor pueda seguir el tren de pulsos generado

El tipo de pasos 0 es el tipo paso y dirección estándar. Cuando se configura para pasos tipo 0, hay cuatro parámetros adicionales que determinan el tiempo exacto de las señales de paso y dirección. En la siguiente figura se muestra el significado de estos parámetros. Los parámetros están en nanosegundos, pero se redondearán a un número entero múltiplo del período del hilo que llama a la funcion de stepgen make_pulses(). Por ejemplo, si se llama a make_pulses() cada 16 us, y la longitud Steplen es 20000 ns, entonces los pulsos de paso son 2us x 16us = 32us de largo. El valor predeterminado para los cuatro parámetros es 1 ns, pero el redondeo automático tiene efecto la primera vez que el código se ejecuta. Como un paso requiere steplen ns en alto y stepspace ns en bajo, la frecuencia máxima es 1.000.000.000 dividido por (steplen + stepspace). Si maxfreq se establece más alto que ese límite, se bajara automáticamente, y si es cero, permanecerá en cero, pero la frecuencia de salida podra ser aún limitada

Al usar el controlador de puerto paralelo, la frecuencia de pasos se puede duplicar usando la función parport reset junto con la configuración doublefreq de stepgen.

El tipo de pasos 1 tiene dos salidas, subir y bajar. Los pulsos aparecen en una u otra, dependiendo de la dirección del movimiento deseada. Cada pulso es steplen ns de largo, y los pulsos están separados por al menos stepspace ns. La frecuencia máxima es la misma que para el tipo de pasos 0. Si se establece maxfreq más alto que ese límite, dicha frecuencia se reducirá. Si maxfreq es cero, seguirá siendo cero, pero la frecuencia de salida seguirá siendo limitada.

Los tipos de pasos 2 a 14 están basados ​​en estados y tienen de dos a cinco salidas. En cada paso, un contador de estado se incrementa o disminuye. Se muestran patrones de salida de dos-tres fases, cuatro fases y cinco fases como una función del contador de estado. La frecuencia máxima es 1.000.000.000 divididos por steplen, y como en los otros modos, maxfreq se reducirá si está por encima del límite.

El componente exporta tres funciones. Cada función actúa en todos los generadores de impulsos de pasos. No esta soportado ejecutar diferentes generadores en diferentes hilos.

La función de alta velocidad stepgen.make-pulses debe ejecutarse en un hilo rápido, de 10 a 50 us dependiendo de las capacidades de la computadora. El período de ese hilo determina la frecuencia de paso máxima, ya que steplen, stepspace, dirsetup, dirhold y dirdelay se redondean a un múltiplo entero del periodo del hilo en nanosegundos. Las otras dos funciones se pueden llamar a una tasa mucho más baja.

Este componente proporciona generación de PWM (modulacion de ancho de pulso) basada en software y formas de onda PDM (Modulación de Densidad de Pulso). Es un componente en tiempo real solamente, y dependiendo de la velocidad de la CPU, etc, es capaz de frecuencias PWM de unos pocos cientos de hercios con una resolución bastante buena, a quizás 10KHz con resolución limitada.

<config-array> es una serie de enteros decimales separados por comas. Cada número hace que se cargue un único generador PWM; el valor del número determina el tipo de salida. El siguiente ejemplo instalará tres generadores PWM. No hay un valor predeterminado; si no se especifica <config-array>, no se instalarán generadores PWM. La cantidad máxima de generadores de frecuencia es 8 (definido en MAX_CHAN en pwmgen.c). Cada generador es independiente, pero todos son actualizados por la(s) misma(s) función(es) al mismo tiempo. En las siguientes descripciones, <chan> es el número de un generador específico. El primer generador es el número 0.

El generador PWM admite tres diferentes tipos de salida.

Cada generador de PWM tendrá los siguientes pines:

Cada generador PWM también tendrá algunos de estos pines, dependiendo del tipo de salida seleccionado:

El componente exporta dos funciones. Cada función actúa en todos los generadores PWM. No esta soportado ejecutar diferentes generadores en diferentes hilos

Este componente proporciona un conteo, basado en software, de señales de encoders de cuadratura. Es un componente en tiempo real, y dependiendo de la velocidad de la CPU, la latencia, etc., es capaz de obtener tasas de conteo máximas desde 10 kHz hasta quizás unos 50kHz.

El hilo base debe tener una velocidad doble a la de de conteo para permitir ruido y variaciónes de timing. Por ejemplo, si tiene un codificador de 100 impulsos por revolución en el husillo y sus RPM máximas es 3000, el hilo base máximo debe ser de 25 us. Un encoder de 100 impulsos por revolución tendrá 400 conteos. La velocidad del eje de 3000 RPM = 50 RPS (revoluciones por segundo). 400*50 = 20,000 cuentas por segundo o 50 us entre cuentas.

El diagrama de bloques del encoder contador es un diagrama de un canal de encoder.

<counters> es la cantidad de contadores de encoder que desea instalar. Si no se especifica numchan, serán instalados tres contadores. El maximo número de contadores es 8 (definido en MAX_CHAN en encoder.c). Cada contador es independiente, pero todos son actualizados por la(s) misma(s) función(es) al mismo tiempo. En las siguientes descripciones, <chan> es el número de un contador específico. El primer contador es el número 0.

El componente exporta dos funciones. Cada función actúa en todos los contadores de encoder - no esta soportado ejecutar diferentes contadores en diferentes hilos.

Este componente proporciona control Proporcional/Integral/Derivativo en bucles. Es un componente en tiempo real solamente. Para simplificar, esta discusión asume que estamos hablando de bucles de posición, sin embargo este componente se puede utilizar para implementar otros ciclos de retroalimentación como velocidad, altura de una antorcha, temperatura, etc. El diagrama de bloque de lazo PID es un diagrama de bloques de un solo bucle PID.

<loops> es la cantidad de bucles PID que desea instalar. Si numchan no se especifica, se instalará un solo bucle. El maximo número de bucles es 16 (definido por MAX_CHAN en pid.c). Cada bucle es completamente independiente. En las siguientes descripciones, <loopnum> es el numero de bucle de un bucle específico. El primer bucle es el número 0.

Si se especifica debug=1, el componente exportará algunos pines que pueden ser útiles durante la depuración y el ajuste. Por defecto, los pines extra no se exportan, para ahorrar espacio en la memoria compartida y evitar abarrotar la lista de pines.

Los tres pines más importantes son

Para un bucle de posición, command y feedback están en unidades de posición. Para un eje lineal, esto podría ser pulgadas, mm, metros o lo que sea pertinente. Del mismo modo, para un eje angular, podría ser grados, radianes, etc. Las unidades del pin output representan el cambio necesario para hacer que la retroalimentación coincida con el comando. Como tal, para un bucle de posición, output es una velocidad, en pulgadas/seg, mm/seg, grados/seg, etc. Las unidades de tiempo son siempre en segundos, y las unidades de velocidad coinciden con las unidades de posición. Si el comando y la retroalimentación están en metros, la salida está en metros por segundo.

Cada bucle tiene dos pines que se utilizan para monitorizar o controlar la operación general del componente.

Pines usados ​​para informar la saturación. La saturación ocurre cuando la salida de el bloque PID está en su límite máximo o mínimo.

Las ganancias PID, los límites y otras características ajustables del ciclo estan disponible como pines para que puedan ajustarse dinámicamente para obtener más posibilidades de ajuste avanzadas.

Si se especificó debug=1 cuando el componente se instaló, se exportarán cuatro pines adicionales:

El componente exporta una función para cada lazo PID. Esta función realiza todos los cálculos necesarios para el ciclo. Como cada ciclo tiene su propia función, los bucles individuales se pueden incluir en diferentes hilos y ejecutar a diferentes velocidades.

Si quieres entender el algoritmo exacto utilizado para calcular la salida del bucle PID, consulte la figura Diagrama de bloques de bucle PID, los comentarios al comienzo de emc2/src/hal/components/pid.c, y por supuesto, el código en sí. Los cálculos del bucle están en la funcion C calc_pid().

El encoder simulado es exactamente eso. Produce pulsos en cuadratura con un pulso de índice, a una velocidad controlada por un pin HAL. Principalmente útil para pruebas.

<número> es la cantidad de codificadores que quiere simular. Si no se especifica, se instalará un solo encoder simulado. El número máximo es 8 ( definido por MAX_CHAN en sim_encoder.c).

Cuando .speed es positivo, .phase-A precede a .phase-B.

Tenga en cuenta que los pulsos por revolución no son lo mismo que los recuentos por revolución. Un pulso es un ciclo de cuadratura completo. En la mayoría de encoder, los contadores contarán cuatro veces durante un ciclo completo.

El componente exporta dos funciones. Cada función afecta a todos los encoder simulados

Debounce es un componente en tiempo real que puede filtrar los rebotes creados por interruptores de contactos mecánicos. También puede ser útil en otras aplicaciones donde los pulsos cortos deben ser rechazados.

<config-string> es una serie de enteros decimales separados por comas. Cada número instala un grupo de filtros antirrebote idénticos, el número determina cuántos filtros están en el grupo

Por ejemplo:

instalará tres grupos de filtros. El grupo 0 contiene un filtro, el grupo 1 contiene cuatro y el grupo 2 contiene dos filtros. El valor por defecto valor para <config-string> es "1" que instalará un solo grupo que contiene un solo filtro. El número máximo de grupos es 8 (definido por MAX_GROUPS en debounce.c). La cantidad máxima de filtros en un grupo está limitada solo por el espacio de memoria compartida. Cada grupo es completamente independiente. Todos los filtros en un solo grupo son idénticos, y todos son actualizados por la misma funcion al mismo tiempo. En las siguientes descripciones, <G> es el número de grupo y <F> es el número de filtro dentro del grupo. El primer filtro es el grupo 0, filtro 0.

Cada filtro individual tiene dos pines.

Cada grupo de filtros tiene un parámetro
[Cada filtro individual también tiene una variable de estado interna. Hay un switch en tiempo de compilacion que puede exportar esa variable como parámetro. Esta está destinado a pruebas, y simplemente desperdicia memoria compartida en condiciones normales.]
.

El retraso del filtro está en unidades de período de hilos. El retraso mínimo es cero. La salida de un filtro de retardo cero sigue exactamente su entrada: no filtra nada. A medida que aumenta "delay", son rechazados rebotes mas largos. Si delay es 4, todos los rebotes menores que o igual a cuatro períodos de hilo serán rechazados.

Cada grupo de filtros tiene una función que actualiza todos los filtros en ese grupo simultáneamente. Diferentes grupos de filtros pueden ser actualizado a partir de diferentes hilos en diferentes períodos.

Siggen es un componente en tiempo real que genera ondas cuadradas, triángulares y sinusoidales. Se usa principalmente para pruebas.

<chans> es la cantidad de generadores de señal que desea instalar. Si no se especifica numchan, se instalará un generador de señal. El maximo número de generadores es 16 (como se define en MAX_CHAN en siggen.c). Cada generador es completamente independiente. En las siguientes descripciones, <chan> es el número de un generador de señal específico (los números comenzar en 0).

Cada generador tiene cinco pines de salida.

Las cinco salidas tienen la misma frecuencia, amplitud y offset.

Además de los pines de salida, hay tres pines de control:

Por ejemplo, si siggen.0.amplitude es 1.0 y siggen.0.offset es 0.0, las salidas oscilarán de -1.0 a /+1.0. Si siggen.0.amplitude es 2.5 y siggen.0.offset es 10.0, entonces las salidas oscilarán desde 7.5 a 12.5.

Ninguno.
[Antes de la versión 2.1, frecuencia, amplitud y desplazamiento fueron parámetros. Se cambiaron a pines para permitir el control por otros componentes]

El componente lut5 es un componente lógico de 5 entradas basado en una tabla de búsqueda.

Para calcular el número hexadecimal para la función comenzando desde la parte superior ponga un 1 o 0 para indicar si esa fila sería verdadera o falsa. A continuación, escriba cada número en la columna de salida comenzando desde arriba y escribiéndolos desde la derecha a la izquierda. Este será el número binario. Usando una calculadora, ingrese el número binario y luego conviértalo en hexadecimal; ese será el valor para la función.

En la siguiente tabla, hemos seleccionado el estado de salida para cada línea que deseamos sea verdad

Mirando la columna de salida de nuestro ejemplo queremos que la salida esté en ON cuando Bit 0 o (Bit 0 y Bit1) están activados y nada más. El número binario es b1010 (gira la salida 90 grados CW). Ingrese este número en la calculadora luego cambie la pantalla a hexadecimal y el número necesario para la función es 0xa. El prefijo hexadecimal es 0x.