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运动控制的基本知识(详解)

发表时间:2017-12-06

1.什么是运动控制技术?
   运动控制主要用于机械传动装置的计算机控制,对机械传动装置中电机的位置、速度进行实时的控制管理,使运动部件按照预期的轨迹和规定运动参数完成相应的动作。

2.运动控制技术的构成?
    运动控制技术包括轨迹控制、伺服控制两大基本技术。是计算机、微电子、传感器与测试、自动控制、电力电子和机电一体化等技术综合应用的产物。  

3.什么是运动控制器
    所谓运动控制器,就是利用高性能微处理器(如DSP)及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制,具体就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起,使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能。这些功能能通过计算机方便地调用。

4.传统的机电装置是如何实现运动控制的?
   显然,传统的机电装置也有运动控制的问题,但是在传统的机电装置中,实现运动控制的功能需要针对具体的装置设计专用的硬件和软件,通用性不强。作为开发者而言,需要花大量时间研制底层的电机控制电路和软件,开发效率低。

5.运动控制技术的产生原因?
   随着自动化技术的发展,为实现计算机控制的设备轨迹运动,伺服电机控制装置(步进、交流、直流)已越来越多地用于工业自动化设备的控制。过去这类伺服电机控制装置的制造一直为少数大公司所垄断。由于各公司的控制策略不同,造成各公司的数控设备开放性差,升级、扩展和维护困难。随着CNC技术更多地进入分布式控制系统和FMS,这种相对封闭的数控系统构成方式已不能适应用户对设备开放性、互换性和扩展性方面的需要,运动控制技术就是在这种情况下为解决这些问题而提出的。

6.应用运动控制器有什么优越性?
   运动控制器为实现运动控制提供了一个基础平台,在这个平台上可以方便地实现对多个电机的控制。作为机电新产品的开发者,要做的主要工作一是进行方案设计,二是控制器、电机等硬件的系统集成,三是编制应用程序,给运动控制器发送相应的速度、位置指令,实现机电装置所需要的运动功能。这样,有了运动控制器,开发者不再需要进行复杂的硬件和控制算法设计,而可以把精力集中在上层的管理软件和机械结构的设计上。所以,使用运动控制器开发新产品时具有高的效率。由于开放式控制系统结构灵活,可利用第三方的软硬件技术,其开发和更新换代的速度非常迅速,有取代传统式控制系统的趋势。

7.为什么说运动控制器是计算机与和伺服电机之间的桥梁?
   “PC+运动控制器+伺服电机”的开放式结构是机电产品的发展方向,在这种结构中,计算机(PC)的主要功能是根据具体装置的运动控制类型,优化指令形式,属于上层控制,其软件是通用的。而伺服电机是主要的执行部件,具体完成运动控制。运动控制器就是根据上层计算机给出的指令,结合具体的伺服系统类型,将其指令转化为伺服电机的运动。所以运动控制器是计算机与伺服电机的连接桥梁。

8.用运动控制器开发机电控制装置的工作步骤?
   (1)需要确定方案,根据装置的运动和力学要求进行计算,确定伺服电机、减速器、位置检测装置的类型和规格。
   (2)选择合适的MC系列运动控制器,通常根据伺服电机、编码器类型和数量进行选择。
   (3)开发应用程序,根据装置在工作时的运动轨迹和速度、位置等运动参数,通过对运动控制器API函数的调用实现所需的运动要求。

   9.选用旗众智能系列运动控制产品有什么优点?
   (1)性能优势:专注于运动控制十五年,产品性能稳定,精准专业。
   (2)技术优势:拥有一支高学历技术团队,获得多项国家专利,拥有自主核心技术和创新技术。
   (3)服务优势:强大的技术后盾,能提供及时的技术支持,可为用户提供解决方案,也可帮助用户开发。

 10. 运动控制器的应用领域有哪些?
   运动控制器是机电一体化产品与系统中的关键部件,可以说有伺服电机的场合就需要运动控制器。它可以直接用于电子机械设备、机器人、数控机床、医疗设备、液压控制设备、印刷机械等设备上。特别是最适用于非标准设备的快速开发,具有非常好的发展和经济效益前景。

简单的说,运动控制器是通过对以电机驱动的执行机构等设备进行运动控制,以实现预定运动轨迹目标的装置。可以说,只要有伺服电机应用的场合就离不开运动控制器,它以其特有的灵活性和优异的运动轨迹控制能力使许多工业生产设备焕发出勃勃生机。运动控制技术是在以数字信号处理器DSP为代表的高性能高速微处理器及大规模可编程逻辑器件FPGA的基础上发展而来的,它是广义上的数控装置。数控技术的发展趋势就是采用运动控制器的开放式的数控系统。随着自动化技术的进一步发展,运动控制器(步进、交流、直流)的应用已走出机械加工行业,越来越多地应用于其它工业自动化设备控制,如电子机械、木工机械、纺织机械、印刷机械等诸多行业。主要数控技术的发展趋势就是采用“PC+运动控制器”的开放式数控系统,不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点,而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。美国将其称为新一代的工业控制器,日本称其将带来第三次工业革命,并预测其应用将和现在的PLC一样普遍。与传统的数控装置相比,运动控制器具有以下特点:
    ● 技术更新,功能更加强大,可以实现多种运动轨迹的控制,是传统数控装置的换代产品;
    ● 结构形式模块化,可以方便地相互组合,建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统;
    ● 操作简单,在PC机上经简单编程即可实现运动控制,而不一定需要专门的数控软件。实现开放性、互换性、可移植性和扩展性是运动控制技术的主要研究内容。
    它具有如下显著特征:

    1、能方便地与机床、机器人等被控设备联接;
    2、一个运动控制器从硬件上可以实现一到多个坐标轴的位置、速度和轨迹伺服控制,从软件上具有完善的轨迹插补、运动规划和伺服控制功能;
    3、 用它可以迅速、便捷地建立高层应用程序与机床、机器人等设备的控制、测试及数据交换,开发使用简单;
    4、由于它采用开放化的技术,具有维护、扩展、升级方便的特点。

 采用“PC+运动控制器”的开放式系统在我国广泛应用和推广,对于我国种类机电一体化控制设备的升级,提高我国装备工业水平将起到促进作用。该技术可以广泛应用于各行各业:
    如:航天:天线定位控制,空间摄影控制,激光跟踪控制,天文望远镜;
    食品加工:食品包装,家禽修整加工,精密切肉机;   
    机床:无心磨床,EDM机床,激光切割机床,铣床,冲压机床,快速成型机,靠模铣床,螺纹机床,超声焊接机,水射流切割;
    产业制造:粘胶配料,软管纺织机,绕线机,光纤玻璃拉伸机,龙门式输送臂,玻璃净化炉,高速标签印刷机,标签粘贴机,包装机械,飞剪;材料输送设备:纸板运送,输送机驱动,核反应棒拆卸搬运,包装系统,码垛机;
    医疗器械:人工咀嚼仿真器,血液分析仪,CAT扫描仪,DNA测试仪,测步仪,医疗成像声纳,尿样测试仪。
    半导体测试及加工:晶片自动输送,盒带搬运,电路板特型铣,IC插装机,晶片抛光机,晶片探测机,晶片切割机,引线焊接机;
    测试及测量:座标检验,齿轮检验,键盘测试,来料检验,显微仪定位,PCB测试,焊点超声扫描检查;
    纺织机械:自动织袋机,地毯纺织机,珩缝机,纱绽卷绕机;
    军事:自行火炮,坦克等武器的火控系统,车(船)载卫星移动通信,飞机的机载雷达。

如何应用运动控制器组成一个用户系统:
 
   第一步:选择运动控制器
   1.根据要开发设备的工作特点,确定伺服电机的类型。
   2.确定要控制的电机轴数和电机工作模式。
   3.确定位置检测、反馈模式,选择是否采用光电编码器或光栅尺。
   4.确定输入输出开关量的数量。
   5.根据以上内容,选择合适的运动控制器

第二步:选择伺服电机及驱动器
   1.根据设备工作过程的静、动载荷情况,分别计算满足各轴运动所需的最大扭矩和驱动功率。而后,在考虑一定的安全系数和安装空间的条件下,分别选定各轴电机、驱动器和相应的减速器。
   2.对所选定的电机、驱动器和减速器,一般会有多个公司提供相关的标准化产品。用户可据自己的情况进行选购。

第三步:连接运动控制器、驱动器、电机与设备
   1.按照运动控制器接线端子排列说明和电机驱动器控制信号接线说明,首先将控制器与驱动器间的模拟或脉冲控制信号线、编码器反馈信号线妥善连接,然后将设备各轴的正负向行程开关与控制器接线板相连。必要时时还需连接零位开关。
   2.将操作面板的开关、指示灯与运动控制器接线端子排上的通用数字I/O端子相连。
   3.启动运动控制器调试软件,对各轴的电机运动、及数字I/O端口的工作状态进行控制,检验接线的正确性。
   4.应用调试环境程序MCtest中的动态响应测试功能,测试、分析设备各轴的动态响应特性,选择合理的控制参数。

 第四步:进行应用软件开发
 

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