運動控制范文10篇

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

1引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

1全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

2直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

1全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

2直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

1引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

一、用單片機系統來實現運動控制。

此系統由單片機芯片、外圍擴展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機的I/O口發數字脈沖信號來控制執行機構行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉換模塊輸出模擬量信號達到控制。此方案優點在于成本較低，但由于一般單片機I/O口產生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執行機構尤其是對于控制伺服電機來說，存在速度達不到，控制精度受限等缺點。對于運動控制復雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯動，直線、圓弧插補等功能實現起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發起來難度較大，研發周期較長，調試過程煩瑣，系統一旦定型不太容易擴充功能、升級、柔性不強等問題。因此這種方案一般適用于產品批量較大、運動控制系統功能簡單、且有豐富的單片機系統開發經驗的用戶。

二、采用專業運動控制PLC來實現運動控制。

目前，許多品牌的PLC都可選配定位控制模塊，有些PLC的CPU單元本身就具有運動控制功能（如松下NAIS的FP0，FPΣ系列），包括脈沖輸出功能，模擬量輸出等等。使用這種PLC來做運動控制系統的上位控制時，可以同時利用PLC的I/O口功能，可謂一舉兩得。PLC通常都采用梯形圖編程，對開發人員來說簡單易學，省時省力。還有一點不可忽視，就是它可以與HMI（人機界面）進行通訊，在線修改運動參數，如軸號，速度，位移等。這樣整個控制系統中從輸入到控制再到顯示，非常便利。一方面將界面友好化，另一方面將控制系統的成本從整體上節省了。但具有脈沖輸出功能的PLC大多都是晶體管輸出類型的，這種輸出類型的輸出口驅動電流不大，一般只有0.1~0.2A。在工業生產中，作為PLC驅動的負載來說，很多繼電器開關的容量都要比這大，需要添加中間放大電路或轉換模塊。與此同時，由于PLC的工作方式（循環掃描）決定了它作為上位控制時的實時性能不是很高，要受PLC每步掃描時間的限制。而且控制執行機構進行復雜軌跡的動作就不太容易實現，雖說有的PLC已經有直線插補、圓弧插補功能，但由于其本身的脈沖輸出頻率也是有限的（一般為10K~100K），對于諸如伺服電機高速高精度多軸聯動，高速插補等動作，它實現起來仍然較為困難。這種方案主要適用于運動過程比較簡單、運動軌跡固定的設備，如送料設備、自動焊機等。

三、采用專用數控系統作為上位控制。

專用的數控系統一般都是針對專用設備或專用行業而設計開發生產的，像專用車床數控系統，銑床數控系統，切割機數控系統等等。它集成了計算機的核心部件，輸入、輸出外圍設備以及為專門應用而開發的軟件。由于是“專業對口”，人們可以盡情發揮“拿來主義”。不需要進行什么二次開發，對使用者來說只需通過熟悉過程達到能操作的目的就行。在這方面，國外知名品牌的產品在我國制造行業中早已占領了了領地，如西門子，法那克，法格，海寶等等。當然，之所以它們能大規模廣泛地被采用和這種專用數控系統，是因為其功能豐富，性能穩定可靠。但為之付出的代價就是高成本。因此，適用于控制要求較高且產品檔次較高的數控設備生產廠家和使用者。

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

1引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

摘要：信息時代的高新技術推動了傳統產業的迅速發展，在機械工業自動化中出現了一些運動控制新技術：全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現狀等。

關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制

1引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

摘要：信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術使信息和智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命……

關鍵詞：運動控制系統上位控制單元方案

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術使信息和智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。隨著計算機電子電力和傳感器技術的發展，各先進國家機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展。

在一個運動控制系統中“上位控制”和“執行機構”是系統中舉足輕重的兩個組成部分?！皥绦袡C構”部分一般不外乎：步進電機，伺服電機，以及直流電機等。它們作為執行機構，帶動刀具或工件動作，我們稱之為“四肢”；“上位控制”單元的方案主要有四種：單片機系統，專業運動控制PLC，PC+運動控制卡，專用控制系統?！吧衔豢刂啤笔恰爸笓]”執行機構動作的，我們也稱之為“大腦”。以下，我們將分述系統中的“大腦”中的各個部分，并詳盡地論述“PC+運動控制卡”方案。

一、用單片機系統來實現運動控制。

此系統由單片機芯片、外圍擴展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機的I/O口發數字脈沖信號來控制執行機構行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉換模塊輸出模擬量信號達到控制。此方案優點在于成本較低，但由于一般單片機I/O口產生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執行機構尤其是對于控制伺服電機來說，存在速度達不到，控制精度受限等缺點。對于運動控制復雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯動，直線、圓弧插補等功能實現起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發起來難度較大，研發周期較長，調試過程煩瑣，系統一旦定型不太容易擴充功能、升級、柔性不強等問題。因此這種方案一般適用于產品批量較大、運動控制系統功能簡單、且有豐富的單片機系統開發經驗的用戶。

摘要：簡要介紹了基于CompactPCI總線的熱插拔通用運動控制卡的硬件結構，并對CompactPCI總線接口的硬件設計進行了討論，提出了電氣措施和設計要點。

關鍵詞：運動控制CompactPCI總線PCI9030熱插拔

近年來，隨著嵌入式系統的快速發展及其對硬件可靠性要求的提高，特別是帶有多個運動控制卡的網絡運動控制系統的發展，對運動控制卡提出了新的要求。運動控制卡應具有帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口。在這樣的運動控制系統中，采用可靠性高的嵌入式系統軟件，上位機只需對被控對象實施總體的控制和管理；而位置反饋信號的采集、閉環控制的計算及控制量的輸出則均可由以DSP為核心的運動控制卡完成，極大地提高了運算速度和控制響應速度。通過帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口的上下機聯接，使系統具有更高的可靠性和帶電更換故障板卡的能力。

1CompactPCI接口總線概述

CompactPCI接口總線定義了更加堅固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標準完全兼容。CompactPCI接口卡安裝在支架上，并使用標準的Eurocard外型。CompactPCI雖然與標準PCI屬同一標準，二者還是有很大的不同。CompactPCI相對PCI來講具有很多優點：(1)具有更好的機械特性。它增強了PCI系統在電信或其它條件惡劣的工業環境中的可維護性和可靠性。(2)采用Eurocard封裝，系統中氣流均勻。(3)CompactPCI連接器的電源和信號引線支持熱插拔規范，這對于容錯系統是非常重要的，也是標準PCI所不能實現的功能。(4)總線易于擴展，可同時支持多達256個標準的PCI總線設備。(5)CompactPCI背板的連接器插針分為長針、中長針和短針。長針是一些電源針，最短的針是BD-SEL#，其它總線信號和部分電源信號是中長針。連接器插槽J1插孔有長針插孔、中長針和短針插孔，而J2插槽都是中長針插孔。

2系統的硬件結構概述

[摘要]可編程邏輯控制器，簡稱為PLC(ProgrammablelogicController)，是以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。移動機器人是包括計算機、自動化、機電一體化、通信、材料等多學科綜合的一個平臺。最早PLC主要是應用在工業機器人上，用于汽車焊接、噴涂等。隨著智能移動機器人包括像家庭服務機器人、深海和太空探測機器人等的廣泛推廣，PLC技術也發揮了巨大的作用。原因在于PLC在移動機器人的運動控制方面具有運行簡單、性價比高等諸多優點。

[關鍵詞]PLC移動機器人運動控制

一、PLC的主要優點

1.靈活通用。PLC是通過存儲在存儲器中的程序實現控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。

2.可靠性高、抗干擾性強。PLC采用的是微電子技術，大量的開關動作是由于無觸點的半導體電路來完成，因此不會出現繼電器控制系統中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現象。如洗衣機。

3.編程簡單、使用方便。用微機實現控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。而PLC采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程，容易掌握。