�(yùn)�(dòng)控制(MotionControl)通常是指在復(fù)雜條件下將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)�(dòng),實(shí)�(xiàn)�(jī)械運(yùn)�(dòng)精確的位置控�、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制�
�(yùn)�(dòng)控制器就是控制電�(dòng)�(jī)的運(yùn)行方式的�(zhuān)用控制器:比如電�(dòng)�(jī)在由行程�(kāi)�(guān)控制交流接觸�而實(shí)�(xiàn)電動(dòng)�(jī)拖動(dòng)物體向上�(yùn)行達(dá)到指定位置后又向下運(yùn)�,或者用�(shí)�繼電�控制電動(dòng)�(jī)正反�(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一�(huì)停一�(huì)再轉(zhuǎn)一�(huì)再停。運(yùn)�(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的�(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在�(zhuān)用機(jī)器中的應(yīng)用更�(fù)�,因?yàn)楹笳哌\(yùn)�(dòng)形式更簡(jiǎn)單,通常被稱(chēng)為通用�(yùn)�(dòng)控制(GMC��
�(yùn)�(dòng)控制(Motion Control)通常是指在復(fù)雜條件下,將�(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)�(dòng),實(shí)�(xiàn)�(jī)械運(yùn)�(dòng)精確的位置控�、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制�
按照使用�(dòng)力源的不�,運(yùn)�(dòng)控制主要可分為以電動(dòng)�(jī)作為�(dòng)力源的電氣運(yùn)�(dòng)控制、以氣體和流體作為動(dòng)力源的氣液控制和以燃料(煤、油等)作為�(dòng)力源的熱�(jī)�(yùn)�(dòng)控制�。據(jù)資料�(tǒng)�(jì),在所有動(dòng)力源��90%以上�(lái)自于電動(dòng)�(jī)。電�(dòng)�(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用,所以在這幾種運(yùn)�(dòng)控制�,電氣運(yùn)�(dòng)控制�(yīng)用最為廣泛�
電氣�(yùn)�(dòng)控制是由電機(jī)拖動(dòng)�(fā)展而來(lái)�,電力拖�(dòng)或電氣傳�(dòng)是以電動(dòng)�(jī)為對(duì)象的控制系統(tǒng)的通稱(chēng)。運(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng)多種多樣,但從基本結(jié)�(gòu)上看,一�(gè)典型的現(xiàn)代運(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng)的硬件主要由上位�(jī)、運(yùn)�(dòng)控制器、功率驅(qū)�(dòng)裝置、電�(dòng)�(jī)、執(zhí)行機(jī)�(gòu)和傳感器反饋檢測(cè)裝置等部分組�。其中的�(yùn)�(dòng)控制器是指以中央邏輯控制單元為核�、以傳感器為信號(hào)敏感元件、以電機(jī)或動(dòng)力裝置和�(zhí)行單元為控制�(duì)象的一種控制裝��
�(yùn)�(dòng)控制器就是控制電�(dòng)�(jī)的運(yùn)行方式的�(zhuān)用控制器:比如電�(dòng)�(jī)在由行程�(kāi)�(guān)控制交流接觸器而實(shí)�(xiàn)電動(dòng)�(jī)拖動(dòng)物體向上�(yùn)行達(dá)到指定位置后又向下運(yùn)�,或者用�(shí)間繼電器控制電動(dòng)�(jī)正反�(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一�(huì)停一�(huì)再轉(zhuǎn)一�(huì)再停。運(yùn)�(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的�(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在�(zhuān)用機(jī)器中的應(yīng)用更�(fù)�,因?yàn)楹笳哌\(yùn)�(dòng)形式更簡(jiǎn)�,通常被稱(chēng)為通用�(yùn)�(dòng)控制(GMC�。運(yùn)�(dòng)控制器是決定自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的主要器�。對(duì)于三菱系�,運(yùn)�(dòng)CPU就是�(yùn)�(dòng)控制�。對(duì)于簡(jiǎn)單的�(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng),采用單片機(jī)�(shè)�(jì)的運(yùn)�(dòng)控制器即可滿足要求,且�?xún)r(jià)比較�
目前�(guó)�(nèi)的運(yùn)�(dòng)控制器生�(chǎn)商提供的�(chǎn)品大致可以分為三�(lèi)�
以單片機(jī)或微�(jī)處理器作為核�
以單片機(jī)或微�(jī)處理器作為核心的�(yùn)�(dòng)控制�,這類(lèi)�(yùn)�(dòng)控制器速度較慢,精度不�,成本相�(duì)較低。在一些只需要低速點(diǎn)位運(yùn)�(dòng)控制和軌跡要求不高的輪廓�(yùn)�(dòng)控制�(chǎng)合應(yīng)用�
以專(zhuān)用芯片作為核心處理器
以專(zhuān)用芯片作為核心處理器的運(yùn)�(dòng)控制�,這類(lèi)�(yùn)�(dòng)控制器結(jié)�(gòu)比較�(jiǎn)�,但這類(lèi)�(yùn)�(dòng)控制器只能輸出脈沖信�(hào),工作于�(kāi)�(huán)控制方式。這類(lèi)控制器對(duì)單軸的點(diǎn)位控制場(chǎng)合是基本滿足要求的,但對(duì)于要求多軸協(xié)�(diào)�(yùn)�(dòng)和高速軌跡插�(bǔ)控制的設(shè)�,這類(lèi)�(yùn)�(dòng)器不能滿足要�。由于這類(lèi)控制器不能提供連續(xù)插補(bǔ)功能,也�(méi)有前瞻功�,特別是�(duì)于大量的小線段連續(xù)�(yùn)�(dòng)的場(chǎng)合,不能使用這類(lèi)控制�。另�,由于硬件資源的限制,這類(lèi)控制器的圓弧插補(bǔ)算法通常都采用逐點(diǎn)比較�,這樣一�(lái)圓弧插補(bǔ)的精度不��
基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理�
基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的�(kāi)放式�(yùn)�(dòng)控制器,這類(lèi)�(yùn)�(dòng)控制器以DSP芯片作為�(yùn)�(dòng)控制器的核心處理�,以PC�(jī)作為信息處理平臺(tái),運(yùn)�(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC�(jī),即“PC+�(yùn)�(dòng)控制器”的模式。這樣將PC�(jī)的信息處理能力和�(kāi)放式的特�(diǎn)與運(yùn)�(dòng)控制器的�(yùn)�(dòng)軌跡控制能力有機(jī)�(jié)合在一起,具有信息處理能力�(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)�(dòng)軌跡控制�(zhǔn)確、通用性好的特�(diǎn)。這類(lèi)控制器充分利用了DSP的高速數(shù)�(jù)處理能力和FPGA的超�(qiáng)邏輯處理能力,便于設(shè)�(jì)出功能完�、性能�(yōu)越的�(yùn)�(dòng)控制器。這類(lèi)�(yùn)�(dòng)控制器通常都能提供板上的多軸協(xié)�(diào)�(yùn)�(dòng)控制和復(fù)雜的�(yùn)�(dòng)軌跡�(guī)�、實(shí)�(shí)地插�(bǔ)�(yùn)�、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算�,能�?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。由于采用FPGA技�(shù)�(lái)�(jìn)行硬件設(shè)�(jì),方便運(yùn)�(dòng)控制器供�(yīng)商根�(jù)客戶(hù)的特殊工藝要求和技�(shù)要求�(jìn)行�(gè)性化的定制,形成�(dú)特的�(chǎn)��
�(yùn)�(dòng)�(guī)劃功�
�(shí)際上是形成運(yùn)�(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�(duì)�(zhuǎn)�(dòng)系統(tǒng)以及�(jī)械傳遞元件的要求。通用�(yùn)�(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)�(tài)軌跡精度的量值加以限制的�(yùn)�(dòng)�(guī)劃方�,用�(hù)可以直接�(diào)用相�(yīng)的函�(shù)�
�(duì)于加速度�(jìn)行限制的�(yùn)�(dòng)�(guī)劃產(chǎn)生梯形速度曲線;對(duì)于沖擊�(jìn)行限制的�(yùn)�(dòng)�(guī)劃產(chǎn)生S形速度曲線。一般來(lái)�(shuō),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�(yùn)�(dòng)�(guī)劃方�,就已獲得一種優(yōu)良的�(dòng)�(tài)特�。對(duì)于高加速度、小行程�(yùn)�(dòng)的快速定位系�(tǒng),其定位�(shí)間和超調(diào)量都有嚴(yán)格的要求,往往需要高階導(dǎo)�(shù)連續(xù)的運(yùn)�(dòng)�(guī)劃方��
多軸插補(bǔ)、連續(xù)插補(bǔ)功能
通用�(yùn)�(dòng)控制器提供的多軸插補(bǔ)功能在數(shù)控機(jī)械行�(yè)獲得廣泛的應(yīng)�。近年來(lái),由于雕刻市�(chǎng),特別是模具雕刻�(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)�,推�(dòng)了運(yùn)�(dòng)控制器的連續(xù)插補(bǔ)功能的發(fā)�。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�(diǎn)要平滑過(guò)�,這樣要求�(yùn)�(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(zhuān)門(mén)用于小線段加工工藝的連續(xù)插補(bǔ)型運(yùn)�(dòng)控制�,該控制器在模具雕刻、激光雕�、平面切割等�(lǐng)域獲得了良好的應(yīng)��
電子齒輪與電子凸輪功�
電子齒輪和電子凸輪可以大大地�(jiǎn)化機(jī)械設(shè)�(jì),而且可以�(shí)�(xiàn)許多�(jī)械齒輪與凸輪難以�(shí)�(xiàn)的功�。電子齒輪可以實(shí)�(xiàn)多�(gè)�(yùn)�(dòng)軸按�(shè)定的齒輪比同步運(yùn)�(dòng),這使得運(yùn)�(dòng)控制器在定長(zhǎng)剪切和無(wú)軸轉(zhuǎn)�(dòng)的套色印刷方面有很好地應(yīng)��
另外,電子齒輪功能還可以�(shí)�(xiàn)一�(gè)�(yùn)�(dòng)軸以�(shè)定的齒輪比跟隨一�(gè)函數(shù),而這�(gè)函數(shù)由其他的幾�(gè)�(yùn)�(dòng)軸的�(yùn)�(dòng)決定;一�(gè)軸也可以以設(shè)定的比例跟隨其他兩�(gè)軸的合成速度。電子凸輪功能可以通過(guò)編程改變凸輪形狀,無(wú)需修磨�(jī)械凸�,極大簡(jiǎn)化了加工工藝。這�(gè)功能使運(yùn)�(dòng)控制器在�(jī)械凸輪的淬火加工、異型玻璃切割和全電�(jī)�(qū)�(dòng)彈簧等領(lǐng)域有良好的應(yīng)��
比較輸出功能
指在�(yùn)�(dòng)�(guò)程中,位置到�(dá)�(shè)定的坐標(biāo)�(diǎn)�(shí),運(yùn)�(dòng)控制器輸出一�(gè)或多�(gè)�(kāi)�(guān)�,而運(yùn)�(dòng)�(guò)程不受影�。如在AOI的飛行檢�(cè)�,運(yùn)�(dòng)控制器的比較輸出功能使系�(tǒng)�(yùn)行到�(shè)定的位置即啟�(dòng)CCD快速攝�,而運(yùn)�(dòng)并不受影�,這極大地提高了效�,改善了圖像�(zhì)�。另�,在激光雕刻應(yīng)用中,固高科技的通用�(yùn)�(dòng)器的這項(xiàng)功能也獲得了很好地應(yīng)��
探針信號(hào)鎖存功能
可以鎖存探針信號(hào)�(chǎn)生的�(shí)刻,各運(yùn)�(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)�(yùn)行慣性的影響,在CCM�(cè)量行�(yè)有良好的�(yīng)�。另�,越�(lái)越多的OEM廠商希望他們自己豐富的行業(yè)�(yīng)用經(jīng)�(yàn)集成到運(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng)中去,針�(duì)不同�(yīng)用場(chǎng)合和控制�(duì)象,�(gè)性化�(shè)�(jì)�(yùn)�(dòng)控制器的功能。固高科技公司已經(jīng)�(kāi)�(fā)可通用�(yùn)�(dòng)控制器應(yīng)用開(kāi)�(fā)平臺(tái),使通用�(yùn)�(dòng)控制器具有真正面�?qū)ο蟮拈_(kāi)放式控制�(jié)�(gòu)和系�(tǒng)重構(gòu)能力,用�(hù)可以將自己設(shè)�(jì)的控制算法加載到�(yùn)�(dòng)控制器的�(nèi)存中,而無(wú)需改變控制系統(tǒng)的結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)就可以重新構(gòu)造出一�(gè)特殊用途的�(zhuān)用運(yùn)�(dòng)控制��
一�(gè)�(yùn)�(dòng)控制器用以生成軌跡點(diǎn)(期望輸出)和閉合位置的反饋�(huán)。許多控制器也可以在�(nèi)部閉合一�(gè)速度�(huán)。一�(gè)�(qū)�(dòng)器或放大器用�(lái)將運(yùn)�(dòng)控制器的控制信號(hào)(通常是速度或扭矩信�(hào))轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號(hào)。更為先�(jìn)的智能化�(qū)�(dòng)可以自身閉合位置�(huán)和速度�(huán),以獲得更精確的控制。一�(gè)�(zhí)行器如液壓泵、氣�、線性執(zhí)行機(jī)�(gòu)或電�(jī)用以輸出�(yùn)�(dòng)。一�(gè)反饋傳感器如光電編碼�、旋�(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)�(shè)備等用以反饋�(zhí)行器的位置到位置控制�,以�(shí)�(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合�
眾多�(jī)械部件用以將�(zhí)行器的運(yùn)�(dòng)形式�(zhuǎn)換為期望的運(yùn)�(dòng)形式,它包括齒輪�、軸、滾珠絲�、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。通常,一�(gè)�(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng)的功能包括:速度控制和點(diǎn)位控制(�(diǎn)到點(diǎn)�。有很多方法可以�(jì)算出一�(gè)�(yùn)�(dòng)軌跡,它們�?;谝粋�(gè)�(yùn)�(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�(gè)主動(dòng)軸的位置變化。一�(gè)�(jiǎn)單的例子�,一�(gè)系統(tǒng)包含兩�(gè)�(zhuǎn)�(pán),它們按照一�(gè)給定的相�(duì)角度�(guān)系轉(zhuǎn)�(dòng)。電子凸輪較之電子齒輪更�(fù)雜一�,它使得主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的隨動(dòng)�(guān)系曲線是一�(gè)函數(shù)。這�(gè)曲線可以是非線性的,但必須是一�(gè)函數(shù)�(guān)��
�(yùn)�(dòng)控制器的�(yōu)�(diǎn)�
?�?)硬件組成簡(jiǎn)單,把運(yùn)�(dòng)控制器插入PC總線,連接信號(hào)線就可組成系�(tǒng)�
?�?)可以使用PC�(jī)已經(jīng)具有的豐富軟件�(jìn)行開(kāi)�(fā)�
�3)運(yùn)�(dòng)控制軟件的代碼通用性和可移植性較��
�4)可以�(jìn)行開(kāi)�(fā)工作的工程人員較�,不需要太多培�(xùn)工作,就可以�(jìn)行開(kāi)�(fā)�
�(yùn)�(dòng)控制器的缺點(diǎn)�
?�?)采用板卡結(jié)�(gòu)的運(yùn)�(dòng)控制器采用金手指連接,單邊固�,在多數(shù)�(huán)境較差的工業(yè)�(xiàn)�(chǎng)(振�(dòng)、粉�、油污嚴(yán)重),不適宜�(zhǎng)期工��
?�?)PC資源浪費(fèi)。由于PC的捆綁方式銷(xiāo)�,用�(hù)�(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�(fèi),還帶來(lái)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�(tǒng)集成�,可靠性差異很�,并不是由運(yùn)�(dòng)控制器能保證的�
?�?)難以突出行�(yè)特點(diǎn)�
由于下游�(jī)械設(shè)備廠商對(duì)�(yùn)�(dòng)控制器的�(qiáng)勁需�,中�(guó)通用�(yùn)�(dòng)控制器(GMC)市�(chǎng)容量�(yù)�(jì)�(huì)�2014年達(dá)�10.65億美�,而CNC�(yùn)�(dòng)控制器市�(chǎng)�(guī)模將�(huì)�(dá)�12.39億美��
�(zhuān)家認(rèn)為:�(jī)�,紡織機(jī)�,橡塑機(jī)�,印刷機(jī)械和包裝�(jī)械行�(yè)約占中國(guó)�(yùn)�(dòng)控制市場(chǎng)�(xiāo)售額�80%以上,現(xiàn)在和將來(lái)都會(huì)是運(yùn)�(dòng)控制器的主要市場(chǎng)。而食品飲料機(jī)械,煙草�(jī)�,醫(yī)療設(shè)備和科研�(shè)備行�(yè)�(duì)�(yùn)�(dòng)控制器的需求由于和人民生活緊密相關(guān),這些終端消費(fèi)一直處于穩(wěn)定增�(zhǎng)�,所以這一�(lèi)�(jī)械行�(yè)�(duì)�(yùn)�(dòng)控制器的需求是�(wěn)定增�(zhǎng)��
雖然電子和半�(dǎo)體機(jī)械設(shè)備行�(yè)�2008年底受到了一些沖擊,但運(yùn)�(dòng)控制器在電子和半�(dǎo)體機(jī)械中的應(yīng)用一直在增長(zhǎng)�2009年和2010年由于對(duì)電子制造業(yè)的龐大資金投入和終端消費(fèi)的拉�(dòng),運(yùn)�(dòng)控制器在電子和半�(dǎo)體機(jī)械設(shè)備中的銷(xiāo)售強(qiáng)勁反�。中�(guó)作為全世界最重要的電子制造業(yè)基地之一,電子制�,電子組裝和半導(dǎo)體設(shè)備的需求和�(chǎn)量都�(wěn)定增�(zhǎng),這些�(chǎn)�(yè)在相�(dāng)�(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都不�(huì)大規(guī)模轉(zhuǎn)移到其他成本更低的國(guó)家,所以今后幾年運(yùn)�(dòng)控制器在電子和半�(dǎo)體機(jī)械設(shè)備行�(yè)的銷(xiāo)售還�(huì)保持較快增長(zhǎng)�
隨著�(jī)械制造OEM廠商�(duì)�(yùn)�(dòng)控制器產(chǎn)品越�(lái)越熟悉,�(yùn)�(dòng)控制器一直在拓展它的�(yīng)用領(lǐng)域和范圍,在一些非傳統(tǒng)的細(xì)分行�(yè)取得了突�。雖然這些行業(yè)只占了運(yùn)�(dòng)控制器市�(chǎng)很小的市�(chǎng),但這些�(lǐng)�?qū)⒊蔀槲磥?lái)的贏利增�(zhǎng)�(diǎn),也為很多中小型的公司提供了市場(chǎng)�(jī)�(huì)。比如說(shuō)�(fēng)力變槳距控制系統(tǒng),油田抽油機(jī),火焰切割機(jī),硅片切割機(jī),追日系�(tǒng),彈簧機(jī),植毛機(jī)等等�