运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述

运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用 RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。

　　运动控制的定义

　　运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。

　　运动控制系统的基本架构组成

　　一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。

　　一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。

　　一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。

　　一个反馈传感器如光电编码器，旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。

　　众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。

　　在运动控制方面，几项运动所需控制轨迹

　　（1）点对点运动（Point-to-Point）：单轴的运用，通过运动控制卡的指令集，控制单轴由A点运动到B点，所以又称为点对点运动。

　　（2）补间运动（Interpolation）：补间运动通常可以分为线性补间及圆弧补间运动。线性通常可以由两轴以上构成，而圆弧补间运动则由两轴构成，形成一个多维或二维的运动轨迹。通常补间运动可以用于连续轨迹的运动控制，例如雕刻或是鞋模等等。补间运动的解析决定了轨迹运动的控制精度。

　　（3）螺线型运动：由二维的圆弧运动和垂直轴的线性运动组合而成，多用于工具机的应用中。

　　（4）多轴同时运动或是同时停止：控制两个以上的运动轴做PTP的同时运动，或是同时停止。

　　（5）同步运动控制：通过运动控制卡的绝对同步性，可以使多轴的运动依照一定的时间顺序准确控制，也可以通过条件设定使得轴与轴之间可以依据相互关系而运动。通常这种方式的控制必须采用串行式的运动控制器才能达成，由于串行式控制器与马达驱动器有特定的通信协议，彼此之间可以依据运作的时钟，来实现绝对运动的控制。本文即是与读者分享由同步运动所发展的程序运动控制的技术。