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運動控制是控制電機的一門技術科學,它可以影響運動的軌跡。了解運動控制架構,可以在決策的過程中,幫助確定是否需要或者什么時候需要使用運動控制網絡。
運動控制器是整個運動控制系統的核心,可以是專用控制器,但一般采用具有通信功能的只能裝置,如工業控制計算機(IPC)、可編程序控制器(PLC)或數字信號處理器(DSP)等。運動控制器的作用是執行編寫的程序,通過采集現場的I/O信號,實現各種運算功能,對程序流程和I/O設備進行控制,并與操作站和其他現場設備進行通信。
目前,工業生產中常用的用于運動控制的控制器產品包括基于PCI總線和DSP的運動控制板卡、通用PLC和專用運動控制模塊等。
運動控制卡
不同的控制器可以實現不同精確度和類型的運動軌跡的控制。運動軌跡一般由直線、圓弧組成,對于一些非圓曲線輪廓則用直線或圓弧去逼近。插補計算就是控制器根據輸入的基本數據,通過計算,將運動軌跡描述出來,邊計算邊根據計算結果向執行機構發出運動指令。對于較簡單的慢速直線運動,控制器需要進行的計算往往以整數運算為主;采用通用PLC等控制器即可實現,對于快速運動或圓弧插補運動,往往需要浮點數運算能力更強、輸出信號頻率更高的專用控制器或芯片來實現,例如TI的TMS320F28335 DSP芯片、GE的PMM335運動控制器、AB的ControlLogix控制器等
運動控制器可以實現各種控制算法,如PID算法、模糊控制算法、各類補償算法等。其中,PLC作為一種通用控制裝置,因其可靠性高、體積小、功能強、可在線修改程序、可對模擬量進行控制、方便與計算機連接等特點,已經在流水線、機械手、立體倉庫等工業運動控制領域中得到了廣泛的應用。
最初的運動控制器實際上是可以獨立運行的專用控制器,往往無需另外的處理器和操作系統支持,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(Stand-alone)的運動控制器,主要針對專門的數控機械和其他自動化設備而設計,往往已根據應用行業的工藝要求設計了功能,用戶只需要按照其協議要求編寫應用加工代碼文件,利用RS232或者DNC方式傳輸到控制器,控制器即可完成相關的動作。但這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業應用,控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協議,用戶不能根據應用要求而重組自己的運動控制系統。通用運動控制器的發展成為市場的必然需求。
通用運動控制技術作為自動化技術的一個重要分支,1990年開始在發達國家進入快速發展的階段。由于有強勁的市場需求的推動,通用運動控制技術發展迅速并得到廣泛應用。運動控制技術也由面向傳統的數控加工行業的專用運動控制技術而發展為具有開放結構、能結合具體應用要求而快速重組的先進運動控制技術。
那什么時候選擇一個控制方案而不是另外一個呢?沒有一個簡單的答案。對于給定的應用。有時候兩種結構都能很好的工作。
工程應用對費用越敏感,設計人員就越有可能去自己設計卡件和集成板載放大器,當然這取決于功耗水平。設計卡件時,可以選擇需要的接頭并根據特定的運動應用來確定卡件的形狀要素。
機床等需要高度同步的應用,會自然的傾向于多軸運動卡或緊耦合分布式驅動方案。這些驅動在馬達類型和功耗范圍方面具有更大的靈活性。不要忘記,需要運動控制卡或者需要帶有專用G代碼軟件的PC來完成整體路徑的生成。
對一些大、中型的應用,比如醫藥自動化、半導體自動化、科學儀表和低功耗通用自動化,可以通過幾種不同的方案實現,包括:成品機器控制卡,客戶定制機器控制卡,或松耦合分布式驅動等。