《電子技術(shù)應(yīng)用》
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運動控制在工業(yè)控制與自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

2019-10-13
關(guān)鍵詞: 運動控制 工業(yè)控制

  工業(yè)控制主要分兩個方向,,一個是運動控制,,通常用于機械領(lǐng)域;另一個就是過程控制,通常使用于化工領(lǐng)域,。而運動控制指的是一種起源于早期的伺服系統(tǒng),基于電動機的控制,,以實現(xiàn)物體對角位移,、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等等物理量改變的控制,。

  從關(guān)注點來說,,電機控制(這里指伺服電機)主要關(guān)注的是控制單個電機的轉(zhuǎn)距、速度,、位置中的一個或多個參數(shù)達(dá)到給定值,。而運動控制主要關(guān)注點在于協(xié)調(diào)多個電機,完成指定的運動(合成軌跡,、合成速度),,比較著重軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃,、運動學(xué)轉(zhuǎn)換,;比如數(shù)控機床里面要協(xié)調(diào)XYZ軸電機,完成插補動作,。

  電機控制常常作為運動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)(通常是電流環(huán),,工作在力矩模式下),更著重于對電機的控制,,一般包括位置控制,、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制三個控制環(huán),,一般沒有規(guī)劃的能力(有部分驅(qū)動器有簡單的位置和速度規(guī)劃能力),。

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  運動控制往往是針對產(chǎn)品而言的,包含機械,、軟件,、電氣等模塊,例如機器人,、無人機,、運動平臺等等,是對機械運動部件的位置,、速度等進(jìn)行實時的控制管理,,使其按照預(yù)期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進(jìn)行運動的一種控制,。

  兩者有部分內(nèi)容是重合的:位置環(huán)/速度環(huán)/轉(zhuǎn)距環(huán)可以在電機的驅(qū)動器中實現(xiàn),也可以在運動控制器中實現(xiàn),,因此兩個屬于容易混淆,。一個運動控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)組成包括: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(nèi)部閉合一個速度環(huán),。

  運動控制器主要分為三類,,分別是PC-based、專用控制器,、PLC,。其中PC-based運動控制器在電子、EMS等行業(yè)被廣泛應(yīng)用,;專用控制器的代表行業(yè)是風(fēng)電,、光伏、機器人,、成型機械等等,;PLC則在橡膠、汽車,、冶金等行業(yè)備受青睞,。

  驅(qū)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(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)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,。

  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。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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸承,。

  運動控制的出現(xiàn)更加促進(jìn)機電控制的解決方案,比如以前凸輪和齒輪都需要機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn),,現(xiàn)在可以使用電子凸輪,、電子齒輪來實現(xiàn),,消除了機械實現(xiàn)過程的回程、摩擦和磨損等,。

  成熟的運動控制產(chǎn)品不僅僅需要提供路徑規(guī)劃,、前瞻控制、運動協(xié)調(diào),、插補,、運動學(xué)正逆解和驅(qū)動電機的指令輸出等,還需要具備工程配置軟件(如SIMOTION的SCOUT),、語法解釋器(不僅是指自己的語言,,而且包括IEC-61131-3的PLC語言支持)、簡單的PLC功能,、PID控制算法實現(xiàn),、HMI交互接口、故障診斷接口,,高級的運動控制器還能夠?qū)崿F(xiàn)安全控制等,。


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