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運動控制卡的功能|使用|選購指南
運動控制卡是控制系統(tǒng)的核心模塊，也是和控制系統(tǒng)的設(shè)計目的耦合最緊密的，一旦運動卡選定了，其它的設(shè)計都要圍繞運動控制進行選擇和設(shè)計，所以如何選擇運動控制卡，對...[查看全部]
運動控制器是控制電動機的運行方式的專用控制器，比如電動機在由行程開關(guān)控制交流接觸器而實現(xiàn)電動機拖動物體向上運行達到指定位置后又向下運行，或者用時間繼電器控制電動機正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一會停一會。
運動控制器的發(fā)展現(xiàn)狀運動控制器越來越廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)的自動化設(shè)備，如數(shù)控機床、雕刻機、切割機、鉆孔機、印刷機、沖孔機、激光雕刻、激光切割、包裝機、紡織機、食品加工、繪圖機、點膠機、焊接機、電子裝配自動檢測等，甚至在航空航天和國防領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)所用的CPU不同，運動控制器產(chǎn)品主要有以下五種類型：
1、以單片機(MCU)為核心的運動控制器，低端采用8位或16位的單片機作為處理器，其主要優(yōu)點是價格比較低廉，缺點是運行速度較慢，控制精度較低。因此這種運動控制器適用于一些低速或運動控制精度要求不高的點位運動或輪廓運動控制的自動化設(shè)備。
2、以專用芯片為核心的運動控制器，美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM628和LM629專用運動控制芯片，日本的NOVA生產(chǎn)的MCX304、MCX501等運動控制芯片是專門為精密控制步進電機和伺服電機而設(shè)計的專用處理器，產(chǎn)品應(yīng)用于數(shù)控機床、雕刻機、工業(yè)機器人、醫(yī)用設(shè)備、繞線機、自動倉庫、繪圖儀、點膠機、IC制造設(shè)備等領(lǐng)域。
3、以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心的運動控制器，美國DeltaTau公司生產(chǎn)的PMAC運動控制器，采用Motorola的DSP56003作為處理器。國內(nèi)的基于DSP的運動控制器，通常以美國TI公司推出的C2000系列。
4、基于SOPC技術(shù)的運動控制器，即可編程片上系統(tǒng)，這種運動控制器主要有兩種類型：基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統(tǒng)和基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC系統(tǒng)，如Altera公司推出的采用了哈佛結(jié)構(gòu)、具有32位指令集成的第二代片上可編程的軟核和硬核處理器。
5、多CPU的運動控制器，這種類型的運動控制器采用兩
... 查看全文運動控制器是軍民用機電一體化產(chǎn)品與系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，可以說有伺服電機的場合就需要運動控制器。它可以直接用于電子機械設(shè)備、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療設(shè)備、液壓控制設(shè)備、印刷機械等設(shè)備上。
運動控制器的原理一個典型的運動控制系統(tǒng)主要由運動部件、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器和運動控制器構(gòu)成，整個系統(tǒng)的運動指令由運動控制器給出，因此運動控制器是整個運動控制系統(tǒng)的靈魂。
目前的運動控制器至少有256個常規(guī)程序緩沖區(qū)，從而內(nèi)存可以存儲多達256個運動程序。在已經(jīng)有一個坐標(biāo)系正在執(zhí)行程序的情況下，另一個程序也可以在任何一個坐標(biāo)系下運行?？赏瑫r執(zhí)行的運動程序數(shù)目僅僅受已定義的坐標(biāo)數(shù)目的限制。當(dāng)運動程序在前臺有序地同步運行，運動控制器可以在后臺下運行多達32個異步PLC程序。這些程序完成一些可編程序邏輯控制器(PLC)的功能。
PLC程序可以以極高的采樣數(shù)率監(jiān)視模擬輸入和數(shù)字輸出，設(shè)定輸出值，發(fā)送信息，監(jiān)視運動參數(shù)，改變增益值，以及命令運動停止/啟動序列。PLC程序還可以象從主機發(fā)送命令那樣對PMAC運動控制器發(fā)送命令。這些高速的異步程序附加于運動程序，功能非常強大。
運動控制器的運動功能一般是通過對電機各參數(shù)的控制來完成的，由于驅(qū)動(電機)和負載之間很難做到理想的耦合，運動控制器具有幾項高級性能來處理實際問題，諸如滯后，靜摩擦，卷曲以及回差。這些問題共同作用會使系統(tǒng)產(chǎn)生機械諧振從而嚴重損害系統(tǒng)的性能。運動控制器的數(shù)字階式濾波器和雙反饋選項中同時測量驅(qū)動器以及負載的位置和補償伺服環(huán)中的微分運動的能力可以解決機械諧振問題。
標(biāo)準的運動控制器提供了PID和階式位置伺服環(huán)濾波器。對大多數(shù)用戶來說，在他們的應(yīng)用中這個濾波器已經(jīng)足夠了。PLC濾波器即使對那些非控制專家也是很容易理解的?！癙”表比例的增益項。比例增益為系統(tǒng)提供剛性“I”代表積分增益，是用以消除穩(wěn)態(tài)誤差的控制參數(shù)?！癉”代表微分增益
... 查看全文運動控制器歷經(jīng)分立電子元件、集成電路(包括小、中、大、超大規(guī)模集成電路)，直至微控制器的出現(xiàn)，使運動控制器發(fā)生了質(zhì)的飛躍——由硬件電路發(fā)展到軟件控制。運動控制器也隨之進入了全數(shù)字化控制的新階段。
基于模擬電路運動控制器早期的運動控制器一般采用運算放大器等分立元件，以模擬電路硬接線方式構(gòu)成。
這種運動控制器具有以下優(yōu)點:
①對輸入信號進行實時處理，沒有附加延時，響應(yīng)速度快;
②由于采用硬接線方式可實現(xiàn)無限的采樣頻率，因此控制器的精度較高且具有較大的帶寬。
但是，模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)相比，也有明顯的缺點:
①老化和環(huán)境溫度的變化對構(gòu)成系統(tǒng)的元器件的參數(shù)影響很大;
②構(gòu)成模擬系統(tǒng)需要的元器件較多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，最終使系統(tǒng)的可靠性降低;
③由于采用硬接線，系統(tǒng)設(shè)計安裝完成后，幾乎不可能修改系統(tǒng)的功能;
④受系統(tǒng)規(guī)模的限制，很難實現(xiàn)運算量大、精度高、性能更先進的復(fù)雜控制算法。
目前在一些早期的系統(tǒng)和功能簡單的系統(tǒng)中仍然采用這種運動控制器。
微控制單元(MCU，即單片計算機)將CPU、RAM、ROM或EPROM、CTC、I/O等集成在一塊芯片上，具有集成度高、速度快、功耗低、抗干擾能力強、重量輕、體積小、功能強、價格低等諸多優(yōu)點，并且微控制單元的功能愈來愈強，因而目前使用微控制單元為核心構(gòu)成運動控制器非常普遍。
這種運動控制器具有以下優(yōu)點:
①模擬電路實現(xiàn)邏輯控制需要許多分立電子元件，而在微控制單元中絕大多數(shù)控制邏輯可采用軟件來實現(xiàn)，使電路更簡單;
②微控制單元具有大容量的存儲器和較強的邏輯功能，運算速度快、精度高，因此可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制運算;
③由于微控制單元的控制方式主要通過軟件來實現(xiàn)，需要改變控制規(guī)律時只需修改相應(yīng)的軟件即可，因而具有較強的靈活性和適應(yīng)性;
④由于數(shù)字控制系統(tǒng)中一般不會出現(xiàn)模擬電路中的零點漂
... 查看全文運動控制器是整個運動控制系統(tǒng)的核心，作用是執(zhí)行編寫的程序，通過采集現(xiàn)場的I/O信號，實現(xiàn)各種運算功能，對程序流程和I/O設(shè)備進行控制，并與操作站和其他現(xiàn)場設(shè)備進行通信。
根據(jù)運動控制器的核心技術(shù)方案分類根據(jù)運動控制器的核心技術(shù)方案來分，主要可分為基于模擬電路型、基于微控制單元型、基于可編程控制器型、基于通用計算機型、基于專用集成電路(ASIC)型、基于可編程邏輯器件型和基于數(shù)字信號處理器(DSP)型等。
運動控制器根據(jù)被控制的對象來分，可分為步進電機運動控制器、伺服電機運動控制器和既可對步進電機進行控制又可對直流或交流伺服電機進行控制的運動控制器。
根據(jù)運動控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類運動控制器主要可以分為基于總線的運動控制器和獨立應(yīng)用的運動控制器及混合型運動控制器。
基于總線的運動控制器是利用現(xiàn)有的硬件和操作系統(tǒng)，并結(jié)合用戶開發(fā)的應(yīng)用程序來實現(xiàn)運動控制的，具有高速的數(shù)據(jù)處理能力。總線形式上主要有ISA接口、PCI接口、VME接口、RS232接口和USB接口等。
獨立應(yīng)用的運動控制器是將控制器、I/O、操作界面和通信接口裝入一個機殼內(nèi)，伺服環(huán)的更新、I/O和操作界面均由內(nèi)部適當(dāng)?shù)能浖硗瓿?。這種控制器無法提供像基于總線的控制器那樣靈活的通信和操作界面，而且要集成到大型的系統(tǒng)也比較困難。但從應(yīng)用需求來看，這兩種類型的運動控制器各有其優(yōu)點:基于總線結(jié)構(gòu)型的運動控制器易于系統(tǒng)集成，具有很好的網(wǎng)絡(luò)功能和開放性;獨立型運動控制器應(yīng)用起來靈活機動、系統(tǒng)升級優(yōu)化也比較容易。
混合型的運動控制器是由一個運動控制器和一個伺服驅(qū)動器組裝而成的，既具有獨立運動控制器的優(yōu)點，同時也可以通過很多方法和協(xié)議將多個伺服驅(qū)動器連接在一起，進行協(xié)調(diào)控制。
運動控制器根據(jù)位置控制原理分類運動控制器根據(jù)位置控制原理，即有無檢測反饋傳感器及其檢測裝置，可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三
... 查看全文運動控制器是整個運動控制系統(tǒng)的核心，可以在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機械運動，實現(xiàn)機械運動精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。
運動控制器的應(yīng)用運動控制器在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中所起的作用及其應(yīng)用的范圍越來越大。歸納起來主要有以下幾方面的應(yīng)用。
①加工機械：數(shù)控機床、加工中心、激光切割機、磨床、沖壓機等。
②機器人：焊接機器人、裝配機器人、搬運機器人、噴涂機器人、農(nóng)業(yè)機器人、空間機器人等。
③半導(dǎo)體制造與測試：自動晶圓傳遞、卡帶操作、電路板路徑器、集成電路插裝、晶圓切片機等。
④制造業(yè)與自動組裝線：粘接分配器、繞線機、纖維光電子學(xué)玻璃推進器、高速標(biāo)簽印刷機、芯片組裝等。
⑤航空宇宙：天線定位器、相機控制、激光跟蹤裝置、天文望遠鏡等。
⑥測試與測量：坐標(biāo)檢測、齒輪檢測、鍵盤測試器、進給部分檢測器、印刷電路板測試等。
⑦醫(yī)療設(shè)備： CAT 掃描儀、DNA 測試、交測量測試器、CT機、人工心臟等。
⑧材料處理設(shè)備：紙板箱升降機、裝設(shè)運轉(zhuǎn)帶驅(qū)動器、核反應(yīng)棒移動器、包裝系統(tǒng)、食品加工機等。
運動控制器選購指南1、運動控制器選型步驟：
①根據(jù)要開發(fā)設(shè)備的工作特點，確定伺服電機的類型。
②確定要控制的電機軸數(shù)和電機工作模式。
③確定位置檢測、反饋模式，選擇是否采用光電編碼器或光柵尺。
④確定輸入輸出開關(guān)量的數(shù)量。
⑤根據(jù)以上內(nèi)容，選擇合適的運動控制器。
2、三類運動控制器的選擇
三種可供選擇的最普通的運動控制器都是基于物理結(jié)構(gòu)：基于PLC的運動控制器，基于PC的運動控制器和單獨運動控制器。
基于PLC的運動控制器：
基于PLC的運動控制器是典型的多軸單元，可為許多任務(wù)提供更加緊密的軸間同步，這些任務(wù)諸如：插入、路徑控制以及從動于公共主控反饋源的多軸?，F(xiàn)在，隨著控制器中許多高速通信網(wǎng)絡(luò)選擇的出現(xiàn)，這些相同的功
... 查看全文運動控制通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機械運動，實現(xiàn)機械運動精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。
運動控制的定義運動控制(MC)是20世紀90年代在國際上興起的一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，是自動化技術(shù)的一個重要分支，運動控制起源于早期的伺服控制，早期的運動控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機器人技術(shù)和工廠自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。
簡單地說，運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理，使其按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)(如速度、加速度參數(shù)等)完成相應(yīng)的動作。運動控制至今沒有統(tǒng)一的定義，我們贊成這樣的定義：所謂運動控制，是綜合運用力學(xué)、機械、電子、計算機、通信和自動化等有關(guān)技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)目刂圃?、方法，在硬件或軟件平臺上實現(xiàn)滿足精度、響應(yīng)速度和其他要求的執(zhí)行裝置的位置/角位移、速度/角速度、加速度/角加速度、力矩/力的控制。運動控制技術(shù)的發(fā)展是制造自動化前進的旋律，是推動新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。
運動控制系統(tǒng)(MCS)包含單軸速度伺服系統(tǒng)、單軸位置伺服系統(tǒng)和多軸運動協(xié)調(diào)等。伺服系統(tǒng)通常認為是位移、速度、加速度的閉環(huán)控制，速度伺服系統(tǒng)又是位置伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而工程技術(shù)人員習(xí)慣上將“位置伺服系統(tǒng)”稱之為“伺服系統(tǒng)”。電力拖動自動控制系統(tǒng)中常常提到的調(diào)速系統(tǒng)則包含了開環(huán)與閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。所以，單軸速度伺服系統(tǒng)是分析運動控制的基礎(chǔ)。
運動控制系統(tǒng)分類運動控制系統(tǒng)可以分為單軸運動控制系統(tǒng)與多軸運動控制系統(tǒng)。
對于單軸運動控制，可以分為單軸速度控制、位置控制、力矩控制等。單軸運動控制是多軸運動控制的基礎(chǔ)。
單軸位置控制可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。其特點和應(yīng)用如下：
①開環(huán)伺服系統(tǒng)：運動部件的位移沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號是單向的，通常采用功率步進電機作位移的伺服機構(gòu)。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試
... 查看全文運動控制卡是控制系統(tǒng)的核心模塊，也是和控制系統(tǒng)的設(shè)計目的耦合最緊密的，一旦運動卡選定了，其它的設(shè)計都要圍繞運動控制進行選擇和設(shè)計，所以如何選擇運動控制卡，對運動控制系統(tǒng)的設(shè)計是非常重要的。
運動控制卡是什么運動控制卡是一種基于PC機及工業(yè)PC機、用于各種運動控制場合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。
運動控制卡基于PC總線，利用高性能微處理器(如DSP)及大規(guī)?？删幊唐骷崿F(xiàn)多個伺服電機的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡，包括脈沖輸出、脈沖計數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能，它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機器準確的位置，糾正傳動過程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點可用于限位、原點開關(guān)等。
①為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準化、柔性、開放性等要求;
②在各種工業(yè)設(shè)備(如包裝機械、印刷機械等)、國防裝備(如跟蹤定位系統(tǒng)等)、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺;
③PC機在各種工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業(yè)運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機負責(zé)人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等);運動控制卡完成運動控制的所有細節(jié)(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。
運動控制卡一般配有開放的函數(shù)庫供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺下自
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