运动控制合集什么是

1、运动控制?运动控制就是对机械运动的位置、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。运动控制的基础运动控制需求在工业和医疗领域中，最常见的电就是步进式、有刷式以及无刷式直流电动机，但是其实还有一些其它类型的电。每种电都需要有独立的输入信号来激励电 ，然后将电能转换成机械能。在最广义的意义上，运动控制可以帮助你使用电 (最大程度上满足你的应用需求)，而无需考虑所有激励电机所需的低层次的激励信号。另外，运动控制还具备一些高级功能，因此可以基于模块搭建高效地实现指定的应用，为一些常规任务提

2、供解决方案，如精准定位、多轴同步，以及指定速度、加速度和度的运动等等。因为大多电的工作环境都是瞬时的，所以运动控制工具必须能够适应不同负载和动态条件，而这则需要一些复杂的控制处理算法和机械系统的反馈信息。最后(但并不是最不重要的)，运动控制的任务一般都比较严格，而且通常其所操控的机器还可能会伤及到周围的人。因此，运动控制中必须具备一些安全特征，如限位开关(limit switch)和 I/O 通道，用以收集状态信息并执行停止程序。运动控制系统的组件下图描述了运动控制系统的基本组成部分。图 1. 运动控制器是运动控制系统的。你所开发的应用便是你应用程序中的特定部分。应用定义了运动配置文件，以及特

3、定事件触发并影响配置文件的方式。应用由好几个可选的层次构成。通常来说都包含一个用户界面程序，用以实现交互式操作。很多运动控制应用都包含应用层，实现警报处理和数据库连接性连接到一个 系统。 它们还通常包含由运动控制器执行的运动控制指令。运动控制器的制造商提供了应用的开发环境。根据上述内容，运动控制器创建运动配置文件。根据这些配置文件，控制器将信号通常是 ，或者步进信号与方向信号通过放大器或者电驱动传到电。放大器的任务就是从控制器接收信号，然后将它们变成可以驱动电动的信号。转随着电运转，反馈设备通常是位置传感器会将位置信息反向传递 至控制器，闭环控制环。运动控制器通过位置传感器获取电的位置信息，从

4、而推算出电的移动速度。有些应用中需要有多个反馈设备，以保证该电动机所驱动的机械系统能够正确运行。虽然反馈设备提供了位置信息，但有时还需要向控制器传递一些特殊的反馈信息，譬如压力传感器或者传感器的数据。运动控制器的架构运动控制器就像是运动控制系统的大脑，它要计算每个预定运动轨迹。该任务非常重要，因此它需要一个专门的资源以保证高度的确定性。运动控制器利用其所计算出来的运动轨迹来决定合适的扭矩命令，然后将其发送至电放大器，才真正产生运动。控制器还必须通过监测限制条件和紧急制动条件，来关闭控制环并处理 ，从而保证安全操作。这些操作都必须实时实 现，以确保有效运动控制系统所必需的高度可靠性、确定性、稳定

5、性和安全性。图 运动控制器架构下面描述运动控制器的各种不同任务。 提供了执行特定操作所需令顺序安排和协调。这些特殊操作包括：系统初始化，其中包括返回到零位置。事件处理，其中包括：电子传动，基于位置信息的触发输出，基于用户定义事件的配置文件更新。故障检测，其中包括：遇到限位开关停止运动，遇到紧急制动或者驱动故障、看门狗等时的安全系统反应。轨迹发生器 根据用户定义的配置文件进行路径规划。控制环 执行快速的闭环控制，在单轴/多轴上同步维持位置、速度和轨迹。控制环根据反馈信息来处理位置/速度环的关闭，并决定系统的响应和稳定性。在步进式系统中，由步进发生组件控制环。该控制环包含一个插值组件或者样条引擎(

6、spline engine)，在轨迹发生器所计算出的两个设置点之间进行插值。这样，控制环的执行速度就会快于轨迹发生器。图 2 描述了 NI 运动控制器的功能架构。运动 I/O 作为模拟和数字 I/O，发送并接受来自于运动控制系统其余部分的信号。一般来说，模拟输出用作驱动令信号，数字 I/O 则用于正交编码信号，作为电的反馈信号。运动 I/O 实现位置断点和高速捕获。同样，也使用运动 I/O 来实现必需的特定功能，如响应限位开关、生成初始化系统所需的运动模式等等。NI 公司提供了两种实现高性能运动控制系统的方式：针对 PCI 或者 PXI 的基于 DSP 的插件式运动控制器采用 NI LabVI

7、EW NI SoftMotion Module 的定制化运动控制器图 3. 基于 DSP 的插件式运动控制器图 4. 采用 LabVIEW NI SoftMotion Module 的定制化运动控制器基于 DSP 的插件式运动控制器NI 公司所提供的插件式运动控制器覆盖了很大范围从针对复杂需求的全功能、高性能的控制器，到针对点对点运动应用的低成本、性能稳定的运动控制器。针对高精度应用，为了实现最高 30kHz 的快速伺服更新速率，这些控制器采用了一种双处理器架构。这两个处理器，一个是处理单元即 CPU，一个是信号处理器即 DSP，两者一起了 NI 运动控制器的支柱。控制器 CPU 是一块 32

8、bit 的微控制器，它运行多任务的实时操作系统，解决了大多复杂运动控制应用中所必需的性能和确定性方面的要求。该 CPU 的主要任务有命令执行、主机同步、I/O 反应和系统监督。DSP 的主要职责则是实现快速的闭环控制，在多轴上同步置、速度和轨迹。它也关闭位置环和速度环，并直接发指令使扭矩传至驱动器或者放大器。运动 I/O 是以硬件形式实现在非定制化的 FPGA(现场可编程逻辑阵列)上，它包含有限位/引导开关检测(limit/home switch detection)、位置断点和高速捕获。这保证了断点和高速捕获的延时非常短，延时范围大几百纳秒。运动控制处理器采用看门狗定时器硬件监测。看门狗定时

9、器可以用来自动检测软件异常，如果有异常发生则会自动重置处理器。该看门狗定时器检查处理器是否正常运行。如果运动控制器上的固件无法在 62ms 内处理事件，则看门狗定时器将重置运动控制器，并不允许进一步通信直至你明确地重置了运动控制器。这保证了运动控制系统的实时操作性。这些基于PCI 或者PXI 的插件式运动设备是设计用于实现Windows 或者实时操作系统中的可靠、精确控制。它们借助于强大的 API，并支持诸如 NI 运动控制器之类交互式工具，从而降低了开发时间。NI 7350 系列是 NI 公司性能最好的运动控制器，它们提供了最高 8 轴的步进式或伺服式运动控制、额外 I/O 以及很多强大的功

10、能，包括无刷式电 的正弦换向、高速集成中的 的周期性断点和位置触发。因为这些插件式运动控制器设备都是基于 或者 的，所以你可以将它们与多种多样的额外 模块集成到一起，并方便地将它们与其它硬件结合在一起，实现或者图像处理。至于如何将运动控制设备连接至驱动器和电， 提供了好几种电缆和连接块选项。定制化运动控制器虽然采用 的插件式运动控制器适用于很多应用场合，但是你也需要一些定制化的运动控制器以实现高精度的运动控制，其伺服更新速率最高可达 。这些要求如此高精度和高灵活性的应用有：半导体行业中的晶圆加工设备，汽车行业中的可在运行时重新配置的内联汽车流水线。对于那些要求高精度的定制化基于灵活的 运动控制的机器设计者们而言， 可重新配置 技术和 技术一起提供了理