運動控制器主要功能

運動規(guī)劃功能

實際上是形成運動的速度和位置的基準量。合適的基準量不但可以改善軌跡的精度，而且其影響作用還可以降低對轉(zhuǎn)動系統(tǒng)以及機械傳遞元件的要求。通用運動控制器通常都提供基于對沖擊、加速度和速度等這些可影響動態(tài)軌跡精度的量值加以限制的運動規(guī)劃方法，用戶可以直接調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

對于加速度進行限制的運動規(guī)劃產(chǎn)生梯形速度曲線；對于沖擊進行限制的運動規(guī)劃產(chǎn)生S形速度曲線。一般來說，對于數(shù)控機床而言，采用加速度和速度基準量限制的運動規(guī)劃方法，就已獲得一種優(yōu)良的動態(tài)特性。對于高加速度、小行程運動的快速定位系統(tǒng)，其定位時間和超調(diào)量都有嚴格的要求，往往需要高階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的運動規(guī)劃方法。

多軸插補、連續(xù)插補功能

通用運動控制器提供的多軸插補功能在數(shù)控機械行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。近年來，由于雕刻市場，特別是模具雕刻機市場的快速發(fā)展，推動了運動控制器的連續(xù)插補功能的發(fā)展。在模具雕刻中存在大量的短小線段加工，要求段間加工速度波動盡可能小，速度變化的拐點要平滑過渡，這樣要求運動控制器有速度前瞻和連續(xù)插補的功能。固高科技公司推出的專門用于小線段加工工藝的連續(xù)插補型運動控制器，該控制器在模具雕刻、激光雕刻、平面切割等領(lǐng)域獲得了良好的應(yīng)用。

電子齒輪與電子凸輪功能

電子齒輪和電子凸輪可以大大地簡化機械設(shè)計，而且可以實現(xiàn)許多機械齒輪與凸輪難以實現(xiàn)的功能。電子齒輪可以實現(xiàn)多個運動軸按設(shè)定的齒輪比同步運動，這使得運動控制器在定長剪切和無軸轉(zhuǎn)動的套色印刷方面有很好地應(yīng)用。

另外，電子齒輪功能還可以實現(xiàn)一個運動軸以設(shè)定的齒輪比跟隨一個函數(shù)，而這個函數(shù)由其他的幾個運動軸的運動決定；一個軸也可以以設(shè)定的比例跟隨其他兩個軸的合成速度。電子凸輪功能可以通過編程改變凸輪形狀，無需修磨機械凸輪，極大簡化了加工工藝。這個功能使運動控制器在機械凸輪的淬火加工、異型玻璃切割和全電機驅(qū)動彈簧等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用。

比較輸出功能

指在運動過程中，位置到達設(shè)定的坐標點時，運動控制器輸出一個或多個開關(guān)量，而運動過程不受影響。如在AOI的飛行檢測中，運動控制器的比較輸出功能使系統(tǒng)運行到設(shè)定的位置即啟動CCD快速攝像，而運動并不受影響，這極大地提高了效率，改善了圖像質(zhì)量。另外，在激光雕刻應(yīng)用中，固高科技的通用運動器的這項功能也獲得了很好地應(yīng)用。

探針信號鎖存功能

可以鎖存探針信號產(chǎn)生的時刻，各運動軸的位置，其精度只與硬件電路相關(guān)，不受軟件和系統(tǒng)運行慣性的影響，在CCM測量行業(yè)有良好的應(yīng)用。另外，越來越多的OEM廠商希望他們自己豐富的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗集成到運動控制系統(tǒng)中去，針對不同應(yīng)用場合和控制對象，個性化設(shè)計運動控制器的功能。固高科技公司已經(jīng)開發(fā)可通用運動控制器應(yīng)用開發(fā)平臺，使通用運動控制器具有真正面向?qū)ο蟮拈_放式控制結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)重構(gòu)能力，用戶可以將自己設(shè)計的控制算法加載到運動控制器的內(nèi)存中，而無需改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計就可以重新構(gòu)造出一個特殊用途的專用運動控制器。

目前國內(nèi)的運動控制器生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品大致可以分為三類：

以單片機或微機處理器作為核心

以單片機或微機處理器作為核心的運動控制器，這類運動控制器速度較慢，精度不高，成本相對較低。在一些只需要低速點位運動控制和軌跡要求不高的輪廓運動控制場合應(yīng)用。

以專用芯片作為核心處理器

以專用芯片作為核心處理器的運動控制器，這類運動控制器結(jié)構(gòu)比較簡單，但這類運動控制器只能輸出脈沖信號，工作于開環(huán)控制方式。這類控制器對單軸的點位控制場合是基本滿足要求的，但對于要求多軸協(xié)調(diào)運動和高速軌跡插補控制的設(shè)備，這類運動器不能滿足要求。由于這類控制器不能提供連續(xù)插補功能，也沒有前瞻功能，特別是對于大量的小線段連續(xù)運動的場合，不能使用這類控制器。另外，由于硬件資源的限制，這類控制器的圓弧插補算法通常都采用逐點比較法，這樣一來圓弧插補的精度不高。

基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器

基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的開放式運動控制器，這類運動控制器以DSP芯片作為運動控制器的核心處理器，以PC機作為信息處理平臺，運動控制器以插卡形式嵌入PC機，即“PC 運動控制器”的模式。這樣將PC機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動軌跡控制能力有機結(jié)合在一起，具有信息處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。這類控制器充分利用了DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和FPGA的超強邏輯處理能力，便于設(shè)計出功能完善、性能優(yōu)越的運動控制器。這類運動控制器通常都能提供板上的多軸協(xié)調(diào)運動控制和復(fù)雜的運動軌跡規(guī)劃、實時地插補運算、誤差補償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。由于采用FPGA技術(shù)來進行硬件設(shè)計，方便運動控制器供應(yīng)商根據(jù)客戶的特殊工藝要求和技術(shù)要求進行個性化的定制，形成獨特的產(chǎn)品。

運動控制（Motion Control）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。

按照使用動力源的不同，運動控制主要可分為以電動機作為動力源的電氣運動控制、以氣體和流體作為動力源的氣液控制和以燃料（煤、油等）作為動力源的熱機運動控制等。據(jù)資料統(tǒng)計，在所有動力源中，90%以上來自于電動機。電動機在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，所以在這幾種運動控制中，電氣運動控制應(yīng)用最為廣泛。

電氣運動控制是由電機拖動發(fā)展而來的，電力拖動或電氣傳動是以電動機為對象的控制系統(tǒng)的通稱。運動控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本結(jié)構(gòu)上看，一個典型的現(xiàn)代運動控制系統(tǒng)的硬件主要由上位機、運動控制器、功率驅(qū)動裝置、電動機、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。其中的運動控制器是指以中央邏輯控制單元為核心、以傳感器為信號敏感元件、以電機或動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置。

運動控制器就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)一會停一會再轉(zhuǎn)一會再停。運動控制在機器人和數(shù)控機床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制（GMC）。運動控制器是決定自動控制系統(tǒng)性能的主要器件 。對于三菱系列，運動CPU就是運動控制器 。對于簡單的運動控制系統(tǒng)，采用單片機設(shè)計的運動控制器即可滿足要求，且性價比較高 。

一個運動控制器用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置的反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合一個速度環(huán)。 一個驅(qū)動器或放大器用來將運動控制器的控制信號（通常是速度或扭矩信號）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅(qū)動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。 一個執(zhí)行器如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機構(gòu)或電機用以輸出運動。一個反饋傳感器如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，以實現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

眾多機械部件用以將執(zhí)行器的運動形式轉(zhuǎn)換為期望的運動形式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。 通常，一個運動控制系統(tǒng)的功能包括：速度控制和點位控制（點到點）。有很多方法可以計算出一個運動軌跡，它們通?；谝粋€運動的速度曲線如三角速度曲線，梯形速度曲線或者S型速度曲線。如 電子齒輪（或電子凸輪）。也就是從動軸的位置在機械上跟隨一個主動軸的位置變化。一個簡單的例子是，一個系統(tǒng)包含兩個轉(zhuǎn)盤，它們按照一個給定的相對角度關(guān)系轉(zhuǎn)動。電子凸輪較之電子齒輪更復(fù)雜一些，它使得主動軸和從動軸之間的隨動關(guān)系曲線是一個函數(shù)。這個曲線可以是非線性的，但必須是一個函數(shù)關(guān)系。

運動控制器的優(yōu)點：

（1）硬件組成簡單，把運動控制器插入PC總線，連接信號線就可組成系統(tǒng)；

（2）可以使用PC機已經(jīng)具有的豐富軟件進行開發(fā)；

（3）運動控制軟件的代碼通用性和可移植性較好；

（4）可以進行開發(fā)工作的工程人員較多，不需要太多培訓(xùn)工作，就可以進行開發(fā)。

運動控制器的缺點：

（1）采用板卡結(jié)構(gòu)的運動控制器采用金手指連接，單邊固定，在多數(shù)環(huán)境較差的工業(yè)現(xiàn)場（振動、粉塵、油污嚴重），不適宜長期工作。

（2）PC資源浪費。由于PC的捆綁方式銷售，用戶實際上僅使用少部分PC資源，未使用的PC資源不但造成閑置和浪費，還帶來維護上的麻煩。

（3）整體可靠性難以保證，由于PC選擇可以是工控機，也可以是商用機。系統(tǒng)集成后，可靠性差異很大，并不是由運動控制器能保證的。

（4）難以突出行業(yè)特點。

由于下游機械設(shè)備廠商對運動控制器的強勁需求，中國通用運動控制器（GMC）市場容量預(yù)計會在2014年達到10.65億美金，而CNC運動控制器市場規(guī)模將會達到12.39億美金。

專家認為：機床，紡織機械，橡塑機械，印刷機械和包裝機械行業(yè)約占中國運動控制市場銷售額的80%以上，現(xiàn)在和將來都會是運動控制器的主要市場。而食品飲料機械，煙草機械，醫(yī)療設(shè)備和科研設(shè)備行業(yè)對運動控制器的需求由于和人民生活緊密相關(guān)，這些終端消費一直處于穩(wěn)定增長中，所以這一類機械行業(yè)對運動控制器的需求是穩(wěn)定增長的。

雖然電子和半導(dǎo)體機械設(shè)備行業(yè)在2008年底受到了一些沖擊，但運動控制器在電子和半導(dǎo)體機械中的應(yīng)用一直在增長，2009年和2010年由于對電子制造業(yè)的龐大資金投入和終端消費的拉動，運動控制器在電子和半導(dǎo)體機械設(shè)備中的銷售強勁反彈。中國作為全世界最重要的電子制造業(yè)基地之一，電子制造，電子組裝和半導(dǎo)體設(shè)備的需求和產(chǎn)量都穩(wěn)定增長，這些產(chǎn)業(yè)在相當長的時間內(nèi)都不會大規(guī)模轉(zhuǎn)移到其他成本更低的國家，所以今后幾年運動控制器在電子和半導(dǎo)體機械設(shè)備行業(yè)的銷售還會保持較快增長。

隨著機械制造OEM廠商對運動控制器產(chǎn)品越來越熟悉，運動控制器一直在拓展它的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，在一些非傳統(tǒng)的細分行業(yè)取得了突破。雖然這些行業(yè)只占了運動控制器市場很小的市場，但這些領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥淼内A利增長點，也為很多中小型的公司提供了市場機會。比如說風(fēng)力變槳距控制系統(tǒng)，油田抽油機，火焰切割機，硅片切割機，追日系統(tǒng)，彈簧機，植毛機等等。

ACS運動控制器是為以運動控制為核心的應(yīng)用提供高性能機械自動控制系統(tǒng)。

公司名稱

ACS

總部地點

以色列

成立時間

1985年

經(jīng)營范圍

運動控制

ACS運動控制公司是為以運動控制為核心的應(yīng)用提供高性能機械自動控制系統(tǒng)的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商，通過集成多軸控制、電源和精確性實現(xiàn)最高性能、靈活、節(jié)省成本和友好的全套解決方案。成立于1985年的ACS公司總部設(shè)在以色列，在美國、中國、德國和韓國設(shè)有技術(shù)支持中心。

以ISO9001認證為基礎(chǔ)的設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)施加上對質(zhì)量控制和可靠性測試的持續(xù)承諾，ACS公司與有豐富經(jīng)驗的解決方案供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)一起為全球客戶提供銷售和服務(wù)支持?？筛鶕?jù)每個客戶需求進行裁剪的MC4U控制器，作為EtherCAT主站的 SPiiPlusSC軟控制器和SPiiPlusNTM經(jīng)濟型控制器，就是最近的實例。

只有ACS可以為客戶提供獨特的包含先進的硬件組件、靈活的控制軟件和應(yīng)用工程支持組合，從而可以一站式地得到精確滿足需求并達到最佳性價比的機器運動控制解決方案。通過標準組件為每個應(yīng)用裁剪特定的系統(tǒng)，與通過多家供應(yīng)商組成提供系統(tǒng)相比，ACS只需一家就可以提供一個完整且可靠的系統(tǒng)，從而加快開發(fā)周期并降低價格。擁有被證明的技術(shù)經(jīng)驗和應(yīng)用經(jīng)驗，ACS通過更優(yōu)的運動控制和IO控制解決方案、穩(wěn)定友好的軟件和應(yīng)用開發(fā)支持增強機器精確性和效率，從而保證客戶實現(xiàn)真正的競爭力優(yōu)勢。2100433B