什么是運(yùn)動(dòng)控制器_運(yùn)動(dòng)控制器的工作原理及應(yīng)用

　　什么是運(yùn)動(dòng)控制器

　　運(yùn)動(dòng)控制器是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。運(yùn)動(dòng)控制器按結(jié)構(gòu)分類可分為PLC可編程邏輯控制器、單片機(jī)控制器、獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器、基于PC機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡、網(wǎng)絡(luò)控制器。

　　比如電動(dòng)機(jī)在由行程開關(guān)控制交流接觸器而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)物體向上運(yùn)行達(dá)到指定位置后又向下運(yùn)行，或者用時(shí)間繼電器控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一會(huì)停一會(huì)再轉(zhuǎn)一會(huì)再停。運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因?yàn)楹笳哌\(yùn)動(dòng)形式更簡單，通常被稱為通用運(yùn)動(dòng)控制（GMC）。

　　運(yùn)動(dòng)控制器架構(gòu)組成

　　一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器用以生成軌跡點(diǎn)（期望輸出）和閉合位置的反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合一個(gè)速度環(huán)。 一個(gè)驅(qū)動(dòng)器或放大器用來將運(yùn)動(dòng)控制器的控制信號(hào)（通常是速度或扭矩信號(hào)）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號(hào)。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動(dòng)可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。 一個(gè)執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電機(jī)用以輸出運(yùn)動(dòng)。一個(gè)反饋傳感器如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，以實(shí)現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

　　眾多機(jī)械部件用以將執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為期望的運(yùn)動(dòng)形式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。 通常，一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的功能包括：速度控制和點(diǎn)位控制（點(diǎn)到點(diǎn)）。有很多方法可以計(jì)算出一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，它們通?；谝粋€(gè)運(yùn)動(dòng)的速度曲線如三角速度曲線，梯形速度曲線或者S型速度曲線。如 電子齒輪（或電子凸輪）。也就是從動(dòng)軸的位置在機(jī)械上跟隨一個(gè)主動(dòng)軸的位置變化。一個(gè)簡單的例子是，一個(gè)系統(tǒng)包含兩個(gè)轉(zhuǎn)盤，它們按照一個(gè)給定的相對(duì)角度關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)。電子凸輪較之電子齒輪更復(fù)雜一些，它使得主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的隨動(dòng)關(guān)系曲線是一個(gè)函數(shù)。這個(gè)曲線可以是非線性的，但必須是一個(gè)函數(shù)關(guān)系。

　　運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)

　　運(yùn)動(dòng)控制器的優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）硬件組成簡單，把運(yùn)動(dòng)控制器插入PC總線，連接信號(hào)線就可組成系統(tǒng)；

　?。?）可以使用PC機(jī)已經(jīng)具有的豐富軟件進(jìn)行開發(fā)；

　?。?）運(yùn)動(dòng)控制軟件的代碼通用性和可移植性較好；

　　（4）可以進(jìn)行開發(fā)工作的工程人員較多，不需要太多培訓(xùn)工作，就可以進(jìn)行開發(fā)。

　　運(yùn)動(dòng)控制器的缺點(diǎn)：

　　（1）采用板卡結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器采用金手指連接，單邊固定，在多數(shù)環(huán)境較差的工業(yè)現(xiàn)場（振動(dòng)、粉塵、油污嚴(yán)重），不適宜長期工作。

　?。?）PC資源浪費(fèi)。由于PC的捆綁方式銷售，用戶實(shí)際上僅使用少部分PC資源，未使用的PC資源不但造成閑置和浪費(fèi)，還帶來維護(hù)上的麻煩。

　?。?）整體可靠性難以保證，由于PC選擇可以是工控機(jī)，也可以是商用機(jī)。系統(tǒng)集成后，可靠性差異很大，并不是由運(yùn)動(dòng)控制器能保證的。

　?。?）難以突出行業(yè)特點(diǎn)。

　　運(yùn)動(dòng)控制器的功能

　　1、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃功能

　　實(shí)際上是形成運(yùn)動(dòng)的速度和位置的基準(zhǔn)量。合適的基準(zhǔn)量不但可以改善軌跡的精度，而且其影響作用還可以降低對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以及機(jī)械傳遞元件的要求。通用運(yùn)動(dòng)控制器通常都提供基于對(duì)沖擊、加速度和速度等這些可影響動(dòng)態(tài)軌跡精度的量值加以限制的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，用戶可以直接調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

　　對(duì)于加速度進(jìn)行限制的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃產(chǎn)生梯形速度曲線；對(duì)于沖擊進(jìn)行限制的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃產(chǎn)生S形速度曲線。一般來說，對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言，采用加速度和速度基準(zhǔn)量限制的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，就已獲得一種優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于高加速度、小行程運(yùn)動(dòng)的快速定位系統(tǒng)，其定位時(shí)間和超調(diào)量都有嚴(yán)格的要求，往往需要高階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。

　　2、多軸插補(bǔ)、連續(xù)插補(bǔ)功能

　　通用運(yùn)動(dòng)控制器提供的多軸插補(bǔ)功能在數(shù)控機(jī)械行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。近年來，由于雕刻市場，特別是模具雕刻機(jī)市場的快速發(fā)展，推動(dòng)了運(yùn)動(dòng)控制器的連續(xù)插補(bǔ)功能的發(fā)展。在模具雕刻中存在大量的短小線段加工，要求段間加工速度波動(dòng)盡可能小，速度變化的拐點(diǎn)要平滑過渡，這樣要求運(yùn)動(dòng)控制器有速度前瞻和連續(xù)插補(bǔ)的功能。固高科技公司推出的專門用于小線段加工工藝的連續(xù)插補(bǔ)型運(yùn)動(dòng)控制器，該控制器在模具雕刻、激光雕刻、平面切割等領(lǐng)域獲得了良好的應(yīng)用。

　　3、電子齒輪與電子凸輪功能

　　電子齒輪和電子凸輪可以大大地簡化機(jī)械設(shè)計(jì)，而且可以實(shí)現(xiàn)許多機(jī)械齒輪與凸輪難以實(shí)現(xiàn)的功能。電子齒輪可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸按設(shè)定的齒輪比同步運(yùn)動(dòng)，這使得運(yùn)動(dòng)控制器在定長剪切和無軸轉(zhuǎn)動(dòng)的套色印刷方面有很好地應(yīng)用。

　　另外，電子齒輪功能還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸以設(shè)定的齒輪比跟隨一個(gè)函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)由其他的幾個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)決定；一個(gè)軸也可以以設(shè)定的比例跟隨其他兩個(gè)軸的合成速度。電子凸輪功能可以通過編程改變凸輪形狀，無需修磨機(jī)械凸輪，極大簡化了加工工藝。這個(gè)功能使運(yùn)動(dòng)控制器在機(jī)械凸輪的淬火加工、異型玻璃切割和全電機(jī)驅(qū)動(dòng)彈簧等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用。

　　4、比較輸出功能

　　指在運(yùn)動(dòng)過程中，位置到達(dá)設(shè)定的坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器輸出一個(gè)或多個(gè)開關(guān)量，而運(yùn)動(dòng)過程不受影響。如在AOI的飛行檢測(cè)中，運(yùn)動(dòng)控制器的比較輸出功能使系統(tǒng)運(yùn)行到設(shè)定的位置即啟動(dòng)CCD快速攝像，而運(yùn)動(dòng)并不受影響，這極大地提高了效率，改善了圖像質(zhì)量。另外，在激光雕刻應(yīng)用中，固高科技的通用運(yùn)動(dòng)器的這項(xiàng)功能也獲得了很好地應(yīng)用。

　　5、探針信號(hào)鎖存功能

　　可以鎖存探針信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻，各運(yùn)動(dòng)軸的位置，其精度只與硬件電路相關(guān)，不受軟件和系統(tǒng)運(yùn)行慣性的影響，在CCM測(cè)量行業(yè)有良好的應(yīng)用。另外，越來越多的OEM廠商希望他們自己豐富的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)集成到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中去，針對(duì)不同應(yīng)用場合和控制對(duì)象，個(gè)性化設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制器的功能。固高科技公司已經(jīng)開發(fā)可通用運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，使通用運(yùn)動(dòng)控制器具有真正面向?qū)ο蟮拈_放式控制結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)重構(gòu)能力，用戶可以將自己設(shè)計(jì)的控制算法加載到運(yùn)動(dòng)控制器的內(nèi)存中，而無需改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可以重新構(gòu)造出一個(gè)特殊用途的專用運(yùn)動(dòng)控制器。