運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基本架構(gòu)及控制軌跡要點(diǎn)簡述

運(yùn)動(dòng)控制起源于早期的伺服控制。簡單地說，運(yùn)動(dòng)控制就是對機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。早期的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和工廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。早期的運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)際上是可以獨(dú)立運(yùn)行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持，可以獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制功能、工藝技術(shù)要求的其他功能和人機(jī)交互功能。這類控制器可以成為獨(dú)立運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)控制器。這類控制器主要針對專門的數(shù)控機(jī)械和其他自動(dòng)化設(shè)備而設(shè)計(jì)，往往已根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的工藝要求設(shè)計(jì)了相關(guān)的功能，用戶只需要按照其協(xié)議要求編寫應(yīng)用加工代碼文件，利用 RS232或者DNC方式傳輸?shù)娇刂破鳎刂破骷纯赏瓿上嚓P(guān)的動(dòng)作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業(yè)應(yīng)用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應(yīng)用要求而重組自己的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　運(yùn)動(dòng)控制的定義

　　運(yùn)動(dòng)控制（MC）是自動(dòng)化的一個(gè)分支，它使用通稱為伺服機(jī)構(gòu)的一些設(shè)備如液壓泵，線性執(zhí)行機(jī)或者是電機(jī)來控制機(jī)器的位置和/或速度。運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因?yàn)楹笳哌\(yùn)動(dòng)形式更簡單，通常被稱為通用運(yùn)動(dòng)控制（GMC）。運(yùn)動(dòng)控制被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)組成

　　一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器用以生成軌跡點(diǎn)（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(gè)速度環(huán)。

　　一個(gè)驅(qū)動(dòng)或放大器用以將來自運(yùn)動(dòng)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(dòng)可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。

　　一個(gè)執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)或電機(jī)用以輸出運(yùn)動(dòng)。

　　一個(gè)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(shí)現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

　　眾多機(jī)械部件用以將執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為期望的運(yùn)動(dòng)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。

　　在運(yùn)動(dòng)控制方面，幾項(xiàng)運(yùn)動(dòng)所需控制軌跡

　　（1）點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（Point-to-Point）：單軸的運(yùn)用，通過運(yùn)動(dòng)控制卡的指令集，控制單軸由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，所以又稱為點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。

　?。?）補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)（Interpolation）：補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)通?？梢苑譃榫€性補(bǔ)間及圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)。線性通?？梢杂蓛奢S以上構(gòu)成，而圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)則由兩軸構(gòu)成，形成一個(gè)多維或二維的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)可以用于連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制，例如雕刻或是鞋模等等。補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)的解析決定了軌跡運(yùn)動(dòng)的控制精度。

　?。?）螺線型運(yùn)動(dòng)：由二維的圓弧運(yùn)動(dòng)和垂直軸的線性運(yùn)動(dòng)組合而成，多用于工具機(jī)的應(yīng)用中。

　　（4）多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)或是同時(shí)停止：控制兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)軸做PTP的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，或是同時(shí)停止。

　?。?）同步運(yùn)動(dòng)控制：通過運(yùn)動(dòng)控制卡的絕對同步性，可以使多軸的運(yùn)動(dòng)依照一定的時(shí)間順序準(zhǔn)確控制，也可以通過條件設(shè)定使得軸與軸之間可以依據(jù)相互關(guān)系而運(yùn)動(dòng)。通常這種方式的控制必須采用串行式的運(yùn)動(dòng)控制器才能達(dá)成，由于串行式控制器與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器有特定的通信協(xié)議，彼此之間可以依據(jù)運(yùn)作的時(shí)鐘，來