01 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：

• 丰富的运动控制功能：支持直线、圆弧、空间圆弧、螺旋插补等。

• 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)。

• EtherCAT刷新周期最快达250us，满足高速通信需求。

• 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。

• 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。

• 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。

ZMC432CL-V2产品介绍视频请点击→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

更多关于ZMC432CL-V2运动控制器的详情点击→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查看。

02

硬件接口

03 硬件接线

1.数字量输入口IN接线

图1 输入口通用接线图

图2 输入口单端编码器接线图

2.数字量输出口接线

图3 输出口通用接线图

图4 输出口单端脉冲轴接线图

04

控制器开发

1.PC开发

支持以下语言进行开发，我们所有的开发语言和所有控制器提供的都是同一套API接口。

2.脱机开发

使用自主自研的IDE RTSys进行开发，支持Basic、梯形图开发。

05 补偿应用场景及功能说明

1.典型应用场景

在工业自动化领域，高精度运动控制是核心需求之一，以下场景对设备的定位精度和重复定位精度有着严苛要求：

CNC数控机床

精密零件加工、模具制造，要求加工精度达到微米级。

半导体封装设备

芯片贴装、引线键合，定位精度需控制在±1μm以内。

精密检测仪器

三坐标测量机、激光扫描仪，依赖准确的位置反馈。

3D打印设备

高精度工业级3D打印，保证层厚和尺寸精度。

电子制造设备

SMT贴片机、PCB钻孔机，实现微小元器件的精准贴装。

由于机械传动系统（如滚珠丝杠、齿轮齿条）不可避免地存在制造误差、安装误差以及长期使用后的磨损变形，会导致设备实际运动位置与指令位置产生偏差，严重影响加工和检测精度。螺距补偿和反向间隙补偿技术是解决这一问题经济且有效的手段。

2.核心功能介绍

一维螺距补偿

螺距误差是指滚珠丝杠在制造过程中，实际螺距与理论螺距之间的偏差，以及安装过程中产生的平行度、垂直度误差，还有运行过程中热变形引起的螺距变化。这些误差会随着运动距离的增加而累积，导致绝对定位精度下降。

正运动控制器的一维螺距补偿功能，通过预先测量运动轴全行程内各个位置的误差值，建立补偿表。当轴运动到对应位置时，控制器自动叠加相应的补偿脉冲，修正实际运动距离，从而显著提高设备的绝对定位精度。补偿精度可通过增加补偿点数进一步提升，补偿间距越小，精度越高。

反向间隙补偿

反向间隙是指当运动轴改变运动方向时，由于丝杠与螺母之间、齿轮之间存在间隙，电机已经转动了一定角度，但工作台并未立即产生位移的现象。反向间隙会导致设备在换向时出现定位误差和跟随误差，影响加工表面质量和重复定位精度。

控制器的反向间隙补偿功能，通过在运动方向改变时，预先发送一定数量的补偿脉冲，消除机械间隙，保证换向时的运动精度。补偿值可通过激光干涉仪或百分表精确测量后设置。

06 激光干涉仪测量螺距误差并生成补偿表

激光干涉仪是目前测量螺距误差精度最高的设备，可实现纳米级的位置测量。以下是完整的操作流程，使用本次实测数据进行演示。

1.激光干涉仪测量获取误差数据

获取正向补偿表数

① 搭建激光干涉仪测量系统，将反射镜固定在运动轴的工作台上，调整光路使激光束与运动轴平行。

② 控制器控制运动轴回零，同时手动将激光干涉仪清零。

③ 设置单步运动量为40mm，从0mm开始，每次寸动40mm后等待轴稳定，记录激光干涉仪的测量值。

④ 完成全行程（0-920mm）测量后，激光干涉仪软件导出误差数据表格，如下图所示：

获取反向补偿表数
 

① 在正向运动和反向运动过程中，相同坐标位置的螺距误差并非一致。在一些正反向运动都需要较高定位精度的应用场景，正向和反向需要使用不同的补偿表，此时我们还需要获取到反向补偿表的补偿数据。

② 在激光干涉仪软件中，设置双向测量模式。

③ 控制器控制轴从0mm正向运动到920mm，每次寸动40mm后等待轴稳定，记录激光干涉仪的测量值；再反向运动回0mm，每次寸动40mm后等待轴稳定，记录激光干涉仪的测量值，此时记录的就是反向运动的误差。

④ 完成全行程（0-920mm）测量后，激光干涉仪软件导出包含正向和反向平均误差的Excel表格。

• 注意点：

①虽然测量反向补偿值时是从920mm运动到0mm的负向运动，但在反向补偿表里，也是按照从0-920mm的顺序补偿脉冲数，补偿数据方向与正向补偿方向一致。

②反向补偿表不是必须的，在只对正向运动有要求的应用场景，只需要获得正向补偿数据。

2.计算补偿脉冲数

激光干涉仪的误差单位为um，假设机台运动1um需要2个脉冲。

补偿脉冲数计算公式为：

?补偿脉冲数 = -2 × 平均误差(μm)

根据上述公式计算得到各点的补偿脉冲数。

正向补偿数据：

反向补偿数据：

3.数据格式转换

（1）将计算得到的补偿脉冲数列复制到Excel空白处，选择“粘贴值和数字格式”。

（2）选中粘贴后的数据，再次复制，选择“粘贴内容转置”，将列数据转换为行数据。

（3）将转置后的数据复制到记事本中，使用“编辑 - 替换”功能，将所有空格替换为英文逗号，最终得到补偿数据字符串。

?正向补偿表：

15.4,24.8,16.8,13.8,13.2,16.8,26.4,18.8,11.4,14.4,15.6,6,-2.2,-4.8,-9.8,-9.2,-10.8,-14.4,-13.2,-13.4,-14,-0.4,1

?反向补偿表：

16.2, 26.4, 18.0, 14.6, 14.0, 17.6, 28.0, 20.2, 12.4, 15.2, 16.4, 5.4, -1.6, -4.2, -9.0, -8.4, -10.2, -13.8, -12.6, -12.8, -13.4, -0.2, 1.4

07

通过Basic编程实现一维螺距补偿和反向间隙补偿

1.补偿指令说明

螺距补偿核心BASIC指令：

反向间隙补偿核心函数：

2.BASIC开启补偿步骤
一维螺距补偿

说明：正向运动和反向运动时都使用正向补偿表数据。

' 轴号：0轴
' 轴脉冲当量：2000pulse/mm
' 补偿间距：40mm
' 补偿点数：23点
' 正向补偿表起始位置：TABLE(100)
' 写入正向补偿表到TABLE(100)
    TABLE(100, 15.4, 24.8, 16.8, 13.8, 13.2, 16.8, 26.4, 18.8, 11.4, 14.4, 15.6, 6, -2.2, -4.8, -9.8, -9.2, -10.8, -14.4, -13.2, -13.4, -14, -0.4, 1)
' 定义螺距补偿起点
    global StartMPos
    StartMPos = 0
' 初始化关闭补偿
    PITCHSET(0,0,0,0,0,0,0,0) AXIS(0)
' 脉冲当量:2000脉冲对应1mm
    BASE(0)
    UNITS = 2000
' 确保轴IDLE再补偿
    WAIT IDLE
' 使能正向螺距补偿
' 参数说明：PITCHSET(使能, 开始位置, 补偿间距, 补偿点数, 正向补偿表起始Table索引)AXIS(补偿轴的轴号)
    PITCHSET(1, StartMPos, 40, 23, 100)AXIS(0)

一维螺距正反双向补偿

说明：正向运动和反向运动时使用不同的补偿表数据。

' 轴号：0轴
' 轴脉冲当量：2000pulse/mm
' 补偿间距：40mm
' 补偿点数：23点
' 正向补偿表起始位置：TABLE(100)
' 反向补偿表起始位置：TABLE(200)
' 写入正向补偿表到TABLE(100)    TABLE(100, 15.4, 24.8, 16.8, 13.8, 13.2, 16.8, 26.4, 18.8, 11.4, 14.4, 15.6, 6, -2.2, -4.8, -9.8, -9.2, -10.8, -14.4, -13.2, -13.4, -14, -0.4, 1)
' 写入反向补偿表到TABLE(200)    TABLE(200, 16.2, 26.4, 18.0, 14.6, 14.0, 17.6, 28.0, 20.2, 12.4, 15.2, 16.4, 5.4, -1.6, -4.2, -9.0, -8.4, -10.2, -13.8, -12.6, -12.8, -13.4, -0.2, 1.4)
' 定义螺距补偿起点
    global StartMPos
        StartMPos = 0
' 初始化关闭补偿
    PITCHSET(0,0,0,0,0,0,0,0) AXIS(0)
' 脉冲当量:2000脉冲对应1mm
    BASE(0)
    UNITS = 2000
    ' 确保轴IDLE再补偿
    WAIT IDLE
' 使能双向螺距补偿
' 参数说明：PITCHSET(使能, 开始位置, 补偿间距, 补偿点数, 正向补偿表起始Table索引, 反向补偿表起始Table索引)AXIS(补偿轴的轴号)
    PITCHSET(1, StartMPos, 40, 23, 100, 200)AXIS(0)

反向间隙补偿

' 轴号：0轴
' 轴脉冲当量：2000pulse/mm
' 定义反向间隙补偿值(激光干涉仪或百分表实测值mm)
    global Const BACKLASHSET = 0.18
' 初始化关闭补偿
    BACKLASH(0) AXIS(0)
' 脉冲当量:2000脉冲对应1mm
    BASE(0)
    UNITS = 2000
' 使能反向间隙补偿
' 参数说明：BACKLASH(使能, 反向补偿距离, [(选填)反向间隙速度, 反向间隙加速度]) AXIS(补偿轴的轴号)
    BACKLASH(1, BACKLASHSET) AXIS(0)

效果验证

测试说明：检测不同的补偿方式在轴按坐标(0,40,80,40,0)位置运动后的实际补偿数据。

测试程序：

'**********************************
'补偿效果验证'
**********************************
    global testAxis,testMode
        testAxis = 0
        testMode = 0
    '1. 关闭补偿
    PitchTest(testAxis, 0)
    '2. 回到补偿起点(此处假定为0,实际场景不一定为0)
    BASE(testAxis)
    MOVEABS(0)
    WAIT IDLE
    '3. 延时等待电机停稳,手动对齐规划位置DPOS和反馈位置MPOS,与补偿起点相等
    DELAY(1500)
    DPOS = 0
    MPOS = 0
    '4. 开启补偿
    PitchTest(testAxis, testMode)
    '5. 运动测试
    MoveTest(testAxis,testMode,0)
    MoveTest(testAxis,testMode,40)
    MoveTest(testAxis,testMode,80)
    MoveTest(testAxis,testMode,40)
    MoveTest(testAxis,testMode, 0)
END
GLOBAL SUB MoveTest(AxisNum,RunMode,MovPos)
    '运动测试补偿是否生效。等待脉冲到位,并延时等待电机停稳后,打印补偿数据
    MOVEABS(MovPos)
    WAIT IDLE
    DELAY(1500)
    IF RunMode=0 THEN
        ?"不开启补偿的轴当前位置:规划位置 = ",DPOS(AxisNum),"反馈位置 = ",MPOS(AxisNum),"编码器原始位置(脉冲单位) = ",ENCODER(AxisNum)
        ?"螺距补偿实际使能状态",PITCHSET AXIS(AxisNum),"轴实际补偿值",PITCH_DIST(AxisNum)
    ELSEIF RunMode=1 THEN
        ?"开启正向螺距补偿的轴当前位置:规划位置 = ",DPOS(AxisNum),"反馈位置 = ",MPOS(AxisNum),"编码器原始位置(脉冲单位) = ",ENCODER(AxisNum)
        ?"螺距补偿实际使能状态",PITCHSET AXIS(AxisNum),"轴实际补偿值",PITCH_DIST(AxisNum)    ELSEIF RunMode=2 THEN
        ?"开启双向螺距补偿的轴当前位置:规划位置 = ",DPOS(AxisNum),"反馈位置 = ",MPOS(AxisNum),"编码器原始位置(脉冲单位) = ",ENCODER(AxisNum)
        ?"螺距补偿实际使能状态",PITCHSET AXIS(AxisNum),"轴实际补偿值",PITCH_DIST(AxisNum)    ELSEIF RunMode=3 THEN
        ?"开启反向间隙补偿的轴当前位置:规划位置 = ",DPOS(AxisNum),"反馈位置 = ",MPOS(AxisNum),"编码器原始位置(脉冲单位) = ",ENCODER(AxisNum)
    ENDIF
    ?"不叠加补偿的反馈位置原始值:",MPOS_ORI(AxisNum)
    ?"叠加补偿后的反馈位置实际值",MPOS(AxisNum)
ENDSUB

测试结果：
不开启补偿

开启一维螺距正向补偿

前文中，激光干涉仪从0位开始每个40mm测试得到的正向补偿表数据为：

(15.4, 24.8, 16.8, 13.8, 13.2, 16.8, 26.4, 18.8, 11.4, 14.4, 15.6, 6, -2.2, -4.8, -9.8, -9.2, -10.8, -14.4, -13.2, -13.4, -14, -0.4, 1)

?正向运动到绝对坐标40mm处，需补偿15.4个脉冲，才能使机械位置移动40mm；

?正向运动到绝对坐标80mm处，需补偿24.8个脉冲，才能使机械位置移动80mm；

?反向运动到绝对坐标40mm处，由于正反共用同一个补偿表，因此也需要补偿15.4个脉冲，才能使机械位置回到距0位40mm处；

?反向返回零点，补偿表在0位不需要补偿，因此此处坐标与不开补偿时一致。

通过对比不开启补偿时的编码器原始位置，可以看到开启补偿后编码器多走了相应的脉冲数，补偿生效。因脉冲不能为小数，故补偿表中的小数部分无法补偿。

开启一维螺距正反双向补偿

前文中，激光干涉仪从0位开始每个40mm测试得到的反向补偿表数据为：

(16.2, 26.4, 18.0, 14.6, 14.0, 17.6, 28.0, 20.2, 12.4, 15.2, 16.4, 5.4, -1.6, -4.2, -9.0, -8.4, -10.2, -13.8, -12.6, -12.8, -13.4, -0.2, 1.4)

?正向运动时，使用正向补偿表数据，因此与开启正向补偿表时的效果一致。

?反向运动时，使用反向补偿表数据。在反向运动到40mm时，需要补偿16.2个脉冲，才能保证机械运动到距0位40mm处。观察下图，第4步从80运动到40时，编码器原始位置相比不开启补偿，多走了16个脉冲，补偿有效。

开启反向间隙补偿

反向间隙补偿可以通过激光干涉仪或百分表测试间隙长度，此处反向补偿假设0.18mm，轴的脉冲当量为2000pulse/mm，即反向间隙为360个脉冲。

初始状态，轴的反向间隙为0，此时轴从0走到40再到80mm处，都未补偿。

轴从80mm反向运动到40mm时，反向间隙补偿生效，编码器原始位置从160000走到79640，相比不开补偿时多走了360个脉冲，用于抵消机械间隙，保证机械能够走到距0位40mm处。

反向回到0位置时，编码器原始位置不在0而是-360个脉冲处，此时轴若再正向运动，运动方向反转，反向间隙补偿生效，会多走360个脉冲抵消编码器原始位置的-360。

08

通过C#编程实现一维螺距补偿和反向间隙补偿

1.补偿函数说明
螺距补偿核心C#函数

/// /// 设置轴的螺距补偿，扩展轴无效。
/// /// 句柄连接/// 轴号/// 是否启用补偿/// 起始补偿MPOS位置/// 补偿区间总点数/// 每个补偿点间距/// 补偿坐标值填入TABLE系统数组起始引导地址/// 区间补偿值列表/// [DllImport("zauxdll.dll", EntryPoint = "ZAux_Direct_Pitchset", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]public static extern Int32 ZAux_Direct_Pitchset(IntPtr handle,Int32 iaxis,Int32 iEnable,float StartPos,UInt32 maxpoint,float DisOne ,UInt32 TablNum,float [] pfDisancelist);
/// /// 设置轴的螺距双向补偿，扩展轴无效。
/// /// 句柄连接/// 轴号/// 是否启用补偿/// 起始补偿MPOS位置/// 补偿区间总点数/// 每个补偿点间距/// 正向补偿坐标值填入TABLE系统数组起始引导地址/// 正向区间补偿值列表/// 反向补偿坐标值填入TABLE系统数组起始引导地址/// 反向区间补偿值列表 补偿数据方向于正向方向一致/// [DllImport("zauxdll.dll", EntryPoint = "ZAux_Direct_Pitchset2", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]public static extern Int32 ZAux_Direct_Pitchset2(IntPtr handle,Int32 iaxis,Int32 iEnable,float StartPos,UInt32 maxpoint,float DisOne ,UInt32 TablNum,float [] pfDisancelist,UInt32 RevTablNum,float [] RevpfDisancelist);
/// /// 轴的螺距补偿状态读取，扩展轴无效。
/// /// 句柄连接/// 轴号/// 是否启用补偿  0关闭  -1开启/// 补偿距离/// [DllImport("zauxdll.dll", EntryPoint = "ZAux_Direct_GetPitchStatus", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern Int32 ZAux_Direct_GetPitchStatus(IntPtr handle,Int32 iaxis,ref Int32 IfEnable,ref float PitchDist);

反向间隙补偿核心C#函数

/// /// 反向间隙补偿
/// /// 连接句柄/// 轴号/// 距离/// 错误码[DllImport("zauxdll.dll", EntryPoint = "ZAux_Direct_Backlash", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
public static extern Int32 ZAux_Direct_Backlash(IntPtr handle, int iaxis, bool enable, float dist, float speed, float accel);

2.C#开启补偿步骤
一维螺距补偿

步骤一：

以0位作为螺距补偿开始补偿的位置。控制轴回到轴坐标【0】的位置，并将轴的规划位置DPOS和反馈位置MPOS清0。

步骤二：

通过控件设置补偿表和设置补偿参数。

设置完成后，通过运动按钮测试补偿效果，按钮响应函数调用ZAux_Direct_PitchSet函数设置螺距补偿下发给控制卡，此时补偿生效。

通过函数ZAux_Direct_GetPitchStatus获取函数当前实际补偿距离。

步骤三：

函数实现：

int iret = 0;
//设置螺距补偿
if (rd_PitchEnable.Enabled)  //开启螺距补偿
{
    //读取界面数据
    float startpos = Convert.ToSingle(tb_StartPos.Text);
    float disone = Convert.ToSingle(tb_Disone.Text);
    uint tablestart = Convert.ToUInt32(tb_TableStart.Text);
    uint tablereverse = Convert.ToUInt32(tb_TableReverse.Text);
    uint posnum = (uint)PitchValue.Rows.Count - 1;
    uint posnumre = (uint)PitchValueRe.Rows.Count - 1;
    if (posnum > 0)   //正向螺距补偿表有数据
    {
        float[] pitchvalue = new float[posnum];
        for (int i = 0; i < posnum; i++)
            pitchvalue[i] = Convert.ToSingle(PitchValue.Rows[i].Cells["位置"].Value);
        if (posnumre > 0)   //双向螺距补偿
        {
            if (posnum == posnumre)
            {
                float[] pitchvaluere = new float[posnumre];
                for (int i = 0; i < posnumre; i++)
                    pitchvaluere[i] = Convert.ToSingle(PitchValueRe.Rows[i].Cells["位置"].Value);
                iret = zmcaux.ZAux_Direct_Pitchset2(g_handle, m_AxisNum_X, 1, startpos, posnum, disone, tablestart, pitchvalue, tablereverse, pitchvaluere);
            }
            else
            {
                MessageBox.Show("双向表数据长度不一致!", "提示");
                return;
            }
        }
        else   //单向螺距补偿
        {
            iret = zmcaux.ZAux_Direct_Pitchset(g_handle, m_AxisNum_X, 1, startpos, posnum, disone, tablestart, pitchvalue);
        }
    }
    else
    {
        MessageBox.Show("正向补偿表无数据!", "提示");
        return;
    }
}
else
{
    //关闭螺距补偿
    iret = zmcaux.ZAux_Direct_Pitchset(g_handle, m_AxisNum_X, 0, 0, 0, 0, 0, new float[] { 0 });
}

反向间隙补偿

步骤一：

通过控件设置补偿表和设置补偿参数。

设置完成后，通过运动按钮测试补偿效果，按钮响应函数调用ZAux_Direct_Backlash函数设置反向间隙补偿下发给控制卡，此时补偿生效。

步骤二：

函数实现：

//设置反向间隙补偿
if (rd_BackLashEnable.Enabled)    //开启反向间隙补偿
{
    float dis = Convert.ToSingle(tb_BackLashDis.Text);
    float sp = Convert.ToSingle(tb_BackLashSp.Text);
    float acc = Convert.ToSingle(tb_BackLashAcc.Text);
    iret = zmcaux.ZAux_Direct_Backlash(g_handle, m_AxisNum_X, true, dis, sp, acc);
}
else
{
    iret = zmcaux.ZAux_Direct_Backlash(g_handle, m_AxisNum_X, false, 0, 0, 0);
}

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快速入门：一维螺距补偿和反向间隙补偿，就分享到这里。

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