什么是運動控制器_運動控制器的工作原理及應用

　　什么是運動控制器

　　運動控制器是用來實現機械運動精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉矩或力的控制。運動控制器按結構分類可分為PLC可編程邏輯控制器、單片機控制器、獨立式運動控制器、基于PC機的運動控制卡、網絡控制器。

　　比如電動機在由行程開關控制交流接觸器而實現電動機拖動物體向上運行達到指定位置后又向下運行，或者用時間繼電器控制電動機正反轉或轉一會停一會再轉一會再停。運動控制在機器人和數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）。

　　運動控制器架構組成

　　一個運動控制器用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置的反饋環。許多控制器也可以在內部閉合一個速度環。 一個驅動器或放大器用來將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和速度環，以獲得更精確的控制。 一個執行器如液壓泵、氣缸、線性執行機構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行器的位置到位置控制器，以實現和位置控制環的閉合。

　　眾多機械部件用以將執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、聯軸器以及線性和旋轉軸承。 通常，一個運動控制系統的功能包括：速度控制和點位控制（點到點）。有很多方法可以計算出一個運動軌跡，它們通?；谝粋€運動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）。也就是從動軸的位置在機械上跟隨一個主動軸的位置變化。一個簡單的例子是，一個系統包含兩個轉盤，它們按照一個給定的相對角度關系轉動。電子凸輪較之電子齒輪更復雜一些，它使得主動軸和從動軸之間的隨動關系曲線是一個函數。這個曲線可以是非線性的，但必須是一個函數關系。

　　運動控制器的優缺點

　　運動控制器的優點：

　?。?）硬件組成簡單，把運動控制器插入PC總線，連接信號線就可組成系統；

　?。?）可以使用PC機已經具有的豐富軟件進行開發；

　?。?）運動控制軟件的代碼通用性和可移植性較好；

　?。?）可以進行開發工作的工程人員較多，不需要太多培訓工作，就可以進行開發。

　　運動控制器的缺點：

　?。?）采用板卡結構的運動控制器采用金手指連接，單邊固定，在多數環境較差的工業現場（振動、粉塵、油污嚴重），不適宜長期工作。

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

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

　?。?）難以突出行業特點。

　　運動控制器的功能

　　1、運動規劃功能

　　實際上是形成運動的速度和位置的基準量。合適的基準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轉動系統以及機械傳遞元件的要求。通用運動控制器通常都提供基于對沖擊、加速度和速度等這些可影響動態軌跡精度的量值加以限制的運動規劃方法，用戶可以直接調用相應的函數。

　　對于加速度進行限制的運動規劃產生梯形速度曲線；對于沖擊進行限制的運動規劃產生S形速度曲線。一般來說，對于數控機床而言，采用加速度和速度基準量限制的運動規劃方法，就已獲得一種優良的動態特性。對于高加速度、小行程運動的快速定位系統，其定位時間和超調量都有嚴格的要求，往往需要高階導數連續的運動規劃方法。

　　2、多軸插補、連續插補功能

　　通用運動控制器提供的多軸插補功能在數控機械行業獲得廣泛的應用。近年來，由于雕刻市場，特別是模具雕刻機市場的快速發展，推動了運動控制器的連續插補功能的發展。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盡可能小，速度變化的拐點要平滑過渡，這樣要求運動控制器有速度前瞻和連續插補的功能。固高科技公司推出的專門用于小線段加工工藝的連續插補型運動控制器，該控制器在模具雕刻、激光雕刻、平面切割等領域獲得了良好的應用。

　　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械設計，而且可以實現許多機械齒輪與凸輪難以實現的功能。電子齒輪可以實現多個運動軸按設定的齒輪比同步運動，這使得運動控制器在定長剪切和無軸轉動的套色印刷方面有很好地應用。

　　另外，電子齒輪功能還可以實現一個運動軸以設定的齒輪比跟隨一個函數，而這個函數由其他的幾個運動軸的運動決定；一個軸也可以以設定的比例跟隨其他兩個軸的合成速度。電子凸輪功能可以通過編程改變凸輪形狀，無需修磨機械凸輪，極大簡化了加工工藝。這個功能使運動控制器在機械凸輪的淬火加工、異型玻璃切割和全電機驅動彈簧等領域有良好的應用。

　　4、比較輸出功能

　　指在運動過程中，位置到達設定的坐標點時，運動控制器輸出一個或多個開關量，而運動過程不受影響。如在AOI的飛行檢測中，運動控制器的比較輸出功能使系統運行到設定的位置即啟動CCD快速攝像，而運動并不受影響，這極大地提高了效率，改善了圖像質量。另外，在激光雕刻應用中，固高科技的通用運動器的這項功能也獲得了很好地應用。

　　5、探針信號鎖存功能

　　可以鎖存探針信號產生的時刻，各運動軸的位置，其精度只與硬件電路相關，不受軟件和系統運行慣性的影響，在CCM測量行業有良好的應用。另外，越來越多的OEM廠商希望他們自己豐富的行業應用經驗集成到運動控制系統中去，針對不同應用場合和控制對象，個性化設計運動控制器的功能。固高科技公司已經開發可通用運動控制器應用開發平臺，使通用運動控制器具有真正面向對象的開放式控制結構和系統重構能力，用戶可以將自己設計的控制算法加載到運動控制器的內存中，而無需改變控制系統的結構設計就可以重新構造出一個特殊用途的專用運動控制器。