運動控制系統(tǒng)基本架構及控制軌跡要點簡述

　　運動控制起源于早期的伺服控制。簡單地說，運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理，使其按照預期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進行運動。早期的運動控制技術主要是伴隨著數(shù)控技術、機器人技術和工廠自動化技術的發(fā)展而發(fā)展的。早期的運動控制器實際上是可以獨立運行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持，可以獨立完成運動控制功能、工藝技術要求的其他功能和人機交互功能。這類控制器可以成為獨立運行的運動控制器。這類控制器主要針對專門的數(shù)控機械和其他自動化設備而設計，往往已根據(jù)應用行業(yè)的工藝要求設計了相關的功能，用戶只需要按照其協(xié)議要求編寫應用加工代碼文件，利用 RS232或者DNC方式傳輸?shù)娇刂破?，控制器即可完成相關的動作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業(yè)應用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應用要求而重組自己的運動控制系統(tǒng)。

　　運動控制的定義

　　運動控制（MC）是自動化的一個分支，它使用通稱為伺服機構的一些設備如液壓泵，線性執(zhí)行機或者是電機來控制機器的位置和/或速度。運動控制在機器人和數(shù)控機床的領域內的應用要比在專用機器中的應用更復雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制（GMC）。運動控制被廣泛應用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

　　運動控制系統(tǒng)的基本架構組成

　　一個運動控制器用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內部閉合一個速度環(huán)。

　　一個驅動或放大器用以將來自運動控制器的控制信號（通常是速度或扭矩信號）轉換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。

　　一個執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機或電機用以輸出運動。

　　一個反饋傳感器如光電編碼器，旋轉變壓器或霍爾效應設備等用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，以實現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

　　眾多機械部件用以將執(zhí)行器的運動形式轉換為期望的運動形式，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軸承。

　　在運動控制方面，幾項運動所需控制軌跡

　　（1）點對點運動（Point-to-Point）：單軸的運用，通過運動控制卡的指令集，控制單軸由A點運動到B點，所以又稱為點對點運動。

　?。?）補間運動（Interpolation）：補間運動通?？梢苑譃榫€性補間及圓弧補間運動。線性通?？梢杂蓛奢S以上構成，而圓弧補間運動則由兩軸構成，形成一個多維或二維的運動軌跡。通常補間運動可以用于連續(xù)軌跡的運動控制，例如雕刻或是鞋模等等。補間運動的解析決定了軌跡運動的控制精度。

　　（3）螺線型運動：由二維的圓弧運動和垂直軸的線性運動組合而成，多用于工具機的應用中。

　?。?）多軸同時運動或是同時停止：控制兩個以上的運動軸做PTP的同時運動，或是同時停止。

　?。?）同步運動控制：通過運動控制卡的絕對同步性，可以使多軸的運動依照一定的時間順序準確控制，也可以通過條件設定使得軸與軸之間可以依據(jù)相互關系而運動。通常這種方式的控制必須采用串行式的運動控制器才能達成，由于串行式控制器與馬達驅動器有特定的通信協(xié)議，彼此之間可以依據(jù)運作的時鐘，來實現(xiàn)絕對運動的控制。本文即是與讀者分享由同步運動所發(fā)展的程序運動控制的技術。