三维运动平台控制系统的设计文献综述

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1、文献综述三维运动平台控制系统的设计一、前言在现代工业自动化、办公自动化、家庭自动化和国防自动化中，大量存在对运动机构进行运动轨迹、速度等精确控制的需求。例如，工业应用方面，各种数控机床、加工中心、工业机器人、轧机传动等控制；计算机软硬盘驱动器、CD-ROM、打印机的控制；家用电器中的录像机、VCD控制；国防和航空领域中的火炮瞄准、导航、卫星姿态等的控制。运动控制成为控制科学的重要分支。近几年随着计算机技术（如DSP、嵌入式处理器）和现代电子技术（如FPGA/CPLD技术）迅速发展与广泛应用，为运动控制系统的发展注入了强大的技术

2、动力。我国传统运动控制系统已经不能适应现代制造业的发展，深入研究基于新体系架构、新技术、高性能、低成本、开放式多轴联动运动控制系统，既有市场需求，又有良好的技术背景环境。三维运动平台是现代运动控制技术的基础实验设备，它在机械加工、工程测试、医疗等各种生产行业中都有极广泛的应用。这类平台比较常见的控制方式就是采用“计算机+专用运动控制卡+驱动器”的方法，通过计算机软件控制专用运动控制卡从而控制驱动器以达到控制平台运动的目的。但是其造价一般比较昂贵，不能够大面积推广应用。二、主题（一）运动控制器的现状和发展趋势1、运动控制器的发展

3、历史7运动控制起源于早期的伺服控制（Servomechanism）。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、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（CNC）技术、机器人技术（Robotics）和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行（Stand-alone）的运动控制器。这类控制器只针对

4、专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。由国家组织的开放式运动控制系统的研究始1987年美国空军在美国政府资助下发表了著名的“NGC（下一代控制器）研究计划”，该计划首先提出了开放体系结构控制器的概念，这个计划的重要内容之一便是提

5、出了“开放系统体系结构标准规格(OSACA)”自1996年开始美国几个大的科研机构对NGC计划分别发表了相应的研究内容[2]，如在美国海军支持下，美国国际标准研究院提出了“EMC（增强型机床控制器）”，由美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司提出和研制“OMAC（开放式模块化体系结构控制器）”，其目的是用更开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加具有柔性、更加敏捷。该计划启动后不久便公布了一个名为“OMACAPT”的规范，并促成了一系列相关研究项目的运行。2、我国运动控制器的现状及发展趋势1）国内外现阶段的发展状况运动控制作为自

6、动化技术的一个重要分支，在20世纪90年代，国际上发达国家，例如美国已经进入快速发展的阶段。由于有强劲市场需求的推动，运动控制技术发展迅速，应用广泛。近年来，随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。目前，运动控制器从结构上主要分为如下三大类：（1）基于计算机标准总线的运动控制器，它是把具有开放体系结构，独立于计算机的运动控制器与计算机相结合构成。这种运动控制器大都采用DSP或微机芯片作为CPU，可完成运动规划、高速、实时

7、插补、伺服滤波控制和PLC功能，它开放的函数库可供用户根据不同的需求，在DOS或WINDOWS等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统。如美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器和固高公司的GT/GH系列运动控制器产品等。目前这种运动控制器是市场上的主流产品。7（2）Soft型开放式运动控制器，它提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡CDROM和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWS平台和其他操

8、作系统的支持下，利用开放的运动控制内核，开发所需的控制功能。构成各种类型的高性能运动控制系统，从而提供给用户更多的选择和灵活性。基于Soft型开放式运动控制器开发的典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国PA（PowerAutomation）公司的PA8000NT。美