现代运动控制系统中的控制器及其应用

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1、现代运动控制系统中的控制器及其应用

2、第1·嵌入式结构的运动控制器这类运动控制器是把计算机嵌入到运动控制器中的一种产品，它能够独立运行。运动控制器与计算机之间的通信依然是靠计算机总线，实质上是基于总线结构的运动控制器的一种变种。在使用中，采用如工业以太网、RS485、SERCOS、Profibus等现场网络通信接口联接上级计算机或控制面板。嵌入式的运动控制器也可配置软盘和硬盘驱动器，甚至可以通过Inter进行远程诊断，例如美国ADEPT公司的SmartController，固高科技公司的GU嵌入式运动控制

3、平台系列产品等。（3）按被控量性质和运动控制方式分类运动控制器应用场合的控制形式有：·点位运动控制即仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关。相应的运动控制器要求具有快速的定位速度，在运动的加速段和减速段，采用不同的加减速控制策略。在加速运动时，为了使系统能够快速加速到设定速度，往往提高系统增益和加大加速度，在减速的末段采用S曲线减速的控制策略。为了防止系统到位后震动，规划到位后，又会适当减小系统的增益。所以，点位运动控制器往往具有在线可变控制参数和可变加减速曲线的能力。·连续轨迹运动控制该控

4、制又称为轮廓控制，主要应用在传统的数控系统、切割系统的运动轮廓控制。相应的运动控制器要解决的问题是如何使系统在高速运动的情况下，既要保证系统加工的轮廓精度，还要保证刀具沿轮廓运动时的切向速度的恒定。对小线段加工时，有多段程序预处理功能。·同步运动控制是指多个轴之间的运动协调控制，可以是多个轴在运动全程中进行同步，也可以是在运动过程中的局部有速度同步，主要应用在需要有电子齿轮箱和电子凸轮功能的系统控制中。工业上有印染、印刷、造纸、轧钢、同步剪切等行业。相应的运动控制器的控制算法常采用自适应前馈控制，通过自

5、动调节控制量的幅值和相位，来保证在输入端加一个与干扰幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制周期干扰，保证系统的同步控制。二、运动控制器的应用举例开放式运动控制系统的硬件结构图2二轴运动控制系统结构图如图2所示，整个系统以基于“PC机+运动控制器”为核心，采用NI公司NI7340系列运动控制器NI7342、Telemecanique驱动器和交流伺服电动机构成一个开放式硬件结构。在该伺服控制系统中，控制器上专用CPU与PC机CPU构成主从式双CPU控制模式。PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方

6、面的工作，例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送和外部信号IO的监控等。运动控制器配备内容丰富、功能强大的运动函数库，供用户使用完成电动机的运动规划。系统采取模拟量输出的位置控制方式，图2中，模拟信号的大小控制电机的速度，信号的正负控制电机正反转，以实现二轴的位置控制。X轴和Y轴原点、限位检测是通过一组机械来实现，原点检测开关作为每个轴的零点位置，限位检测开关确保每轴工作行程极限。这些状态信号送入运动控制卡状态寄存器后由CPU随时读出，达到对IO状态信号的检测。在硬件上，运动控制器上的光电

7、隔离措施既隔离了外设对内部数字系统的干扰，有能有效防止过电压、过电流等外界突发事件对计算机系统的损坏，大大提高了系统的控制精度和可靠性。三、运动控制系统的软件开发运动控制器同时还配备有运动函数库，函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数，如单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动以及多轴同步运动等等。基于NI7342运动控制器组成的控制系统，可采用Labvieent)的形式代替其他语言的函数功能，NI专门为用户提供了运动控制的VI-NI-Motion，用户利用labview技术编写图形程序可以方

8、便的实现调用，同时也便于设计友好的人机界面，便于人机交互和管理。系统的程序结构模块如图3所示，除了主体的运动控制程序外，还包括初始化、与PC实时数据交互、系统保护、状态监测等部分。Labview内置了便于应用TCPIP、ActiveX等软件标准的库函数。利用它还可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图3二轴系统软件模块正是由于运动控制卡的开放式结构，强大而丰富的软件功能，对于使用者来说进行二次开发的设计周期缩短了，开发手段增多了，针对不同的数控设备，其柔性化、模块化、

9、高性能的优势得以被充分利用。四、运动控制器的发展现状与趋势运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器采用了开放式结构，使用简便，功能丰富，可靠性高。若采用PC机的PCI总线方式，卡上无需进行任何跳线设置，所有资源自动配置，并且所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制器的可靠性和抗干扰能力；在软件方面提供了丰富的运动控制函数库，以满足不同的应用要求。用户只需根据控制系统的要求编制人机界面，并调用运动