运动控制技术

　　运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制。

运动控制的定义

　　运动控制(MC)是20世纪90年代在国际上兴起的一个多学科交叉的研究领域，是自动化技术的一个重要分支，运动控制起源于早期的伺服控制，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。

　　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，使其按照预期的轨迹和规定的运动参数(如速度、加速度参数等)完成相应的动作。运动控制至今没有统一的定义，我们赞成这样的定义：所谓运动控制，是综合运用力学、机械、电子、计算机、通信和自动化等有关技术，采用适当的控制原理、方法，在硬件或软件平台上实现满足精度、响应速度和其他要求的执行装置的位置/角位移、速度/角速度、加速度/角加速度、力矩/力的控制。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。

　　运动控制系统(MCS)包含单轴速度伺服系统、单轴位置伺服系统和多轴运动协调等。伺服系统通常认为是位移、速度、加速度的闭环控制，速度伺服系统又是位置伺服系统的基础，而工程技术人员习惯上将“位置伺服系统”称之为“伺服系统”。电力拖动自动控制系统中常常提到的调速系统则包含了开环与闭环速度控制系统。所以，单轴速度伺服系统是分析运动控制的基础。

运动控制系统分类

　　运动控制系统可以分为单轴运动控制系统与多轴运动控制系统。

　　对于单轴运动控制，可以分为单轴速度控制、位置控制、力矩控制等。单轴运动控制是多轴运动控制的基础。

　　单轴位置控制可分为开环、闭环和半闭环伺服系统。其特点和应用如下：

　　①开环伺服系统：运动部件的位移没有检测反馈装置，数控装置发出的信号是单向的，通常采用功率步进电机作位移的伺服机构。开环伺服系统结构简单，调试、维修方便，成本低廉，但精度差，用于经济型数控机床。

　　②闭环伺服系统：运动部件上安装有直线位移测量装置，将测出的实际位移值反馈到数控装置中与输入的指令位移值相比较，用差值进行控制，直到差值至零。闭环系统应用于高精度运动控制场合。

　　③半闭环伺服系统：位置反馈采用转角检测装置，如光电编码器及旋转感应同步器等，直接安装在伺服电机或丝杠端部，通过检测丝杠转角，间接测量工作台位移量，再反馈给数控装置。半闭环应用广泛。

　　对于多轴控制，根据运动控制的特点和应用领域的不同，可以将运动控制分成以下几种形式：

　　①点位控制：这种运动控制的特点是仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关。

　　②连续轨迹控制：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。伺服系统控制工作台行进的轨迹，就是工件要求加工的轮廓，是对预定轨迹的跟踪控制。

　　③同步控制：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。

运动控制技术的发展趋势

　　运动控制系统和其他自动化系统一样，追求系统稳定、快速响应和控制精度高，因此，高速、高精度是其发展方向。

　　今后基于计算机标准总线的运动控制器仍然是市场的主流，但是，基于网络的嵌入式运动控制器会有较大的发展。基于计算机标准总线的通用运动控制器主要是板卡结构，采用的总线大多数为ISA、PCI。

　　随着工业现场网络总线技术的发展，基于网络的运动控制器得到了很好的发展，并已经开始应用于多轴同步控制中。将传统的以机械轴同步的系统改用网络运动控制器控制的电机轴控制，可以减少系统的维护和增加系统的柔性。

　　由于我国的特殊市场需求，一些其他的专用运动控制系统也会越来越多。例如图像伺服控制的专用运动控制器，力伺服的专用运动控制器等。根据用户的应用要求进行个性化的定制，设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的一大方向。