运动控制技术

运动控制技术与运用指导教师:蒋红海 班级:机自112班 姓名:文贵林 学号:201110301231 1.前言 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。运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,发展到了基于 PC 总线的以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用 DSP 的计算能力,进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳;充分利用 DSP 和 FPGA 技术,使系统的结构更加开放,根据用户的应用要求进行客制化的重组, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出个性化的运动控制器将成为市场应用的两大方向。 现代运动控制是从早期的伺服控制发展起来的, 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, 使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动, 一般认为现代运动控制系统可以定义为以数字式传感器为测量元件, 以计算机控制技术为核心的运动控制系统。现代运动控制是个系统概念, 总体包括计算机控制、通讯和电气传动、机械传动三大部分。它主要关注系统的实时控制特性, 具体包括同步传动、准确定位、高动态速度和转矩特性等。具体的系统着眼点不同, 评价任何一个系统特性时要关注系统的最终特性, 不能简单的以某一部分的特性代表系统特性。上位控制器和驱动器之间的通讯速率、驱动器的驱动能力和控制参数的合理性、传感器的精度和反馈速度、机械系统的惯量等都会影响到系统性能。在评定系统性能时, 以系统稳态正弦响应为定义的频响特性可以直观地体现系统的稳定性、快速性, 并能为改善系统的控制特性提供方便直接的数据支持, 因而是最为重要的系统特性之一。本文提出了适应现代运动控制系统特点的数字式频响测试方法, 就数字式频响测试与传统频响测试方法的区别和特点, 数字式频响测试的步骤、算法实现、BODE图的绘制和数学模型的建立做了研究和总结归纳。 上了这门课,我查了一下《运动控制技术与运用》,对其了解如下:随着机器制造业的产业升级,大量以运动控制为核心的机器设备在各个行业的应用飞速发展,例如数控机床、胶印设备、绕线机、玻璃加工机械和包装机械等。这些设备的大量应用,使得设计、调试、维修和相关销售人员遇到了很多实际应用问题及其相关概念。《运动控制技术与应用》主要是针对他们在运动控制方面遇到或将要遇到的问题的起因和解决办法给出了答案,包括机械结构的综合考虑和计算,电气设计,调试过程中的驱动器问题,伺服电机的特性及计算。《运动控制技术与应用》深入浅出,结合实际 案例 全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例 ,从简单的物理定律开始阐述了运动控制系统的发展,现代运动控制的体系,结构应用的一些概念和设计方法,对机器设计如何选择运动控制结构给出了参考。《运动控制技术与应用》可作为机器制造设计人员,运动控制系统设计人员和相关专业销售人员培训教材,也可作为大专院校相关专业的大学生、研究生参考用书。 2.运动控制技术的优点 2.1稳定性 稳定性是系统的重要特性,是系统正常工作的必要条件,稳定性是指系统在平衡状态下受到扰动后,系统自由运动的性质。因此,系统的稳定性是相对于系统的平衡状态而言的。它描述初始条件下系统方程是否具有收敛性,而不考虑输入作用。线性定常系统通常只有一个平衡点,可将平衡点的稳定性视为整个系统的稳定性。其它系统平衡点不止一个,不同平衡点有着不同的稳定性,通常只讨论某一平衡状态的稳定性。 2.2运动控制技术的自动化 包括产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制过程自动化。 内容:研究和提出自动化的生产模式,如计算机集成制造系统(CIMS)、敏捷制造(AM)、并行工程等。 特点:采用信息技术,实现产品全生命周期中人、技术和管理三者的有效集成。 2.3运动控制技术的开放性 硬件平台:可选择通用的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模块,构建运动控制器,选择配置,如控制轴数、控制方式、各种外部设备等。 用户工作:用户在数控系统生产厂提供的硬软件平台基础上,开发专用软硬件,实现用户要求的控制功能。 3.运动控制技术特点—基于计算机标准总线的运动控制器 3.1控制特点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、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动,外部IO之间的标准化通用接口功能,它开放的函数库可提供用户根据不同的需要,在DOS或Windows等平台下开发应用软件,组成各种控制系统。目前这种运动控制器得到了广泛的应用。 3.2软件特点随卡提供功能强大的运动控制软件库C语言运动库、WindowsDLL 动态链接库等,让用户更快、更有效地解决复杂的运动控制问题。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数,如单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。另外,为了配合运动控制系统的开发,还提供了一些辅助函数,如中断处理、编码器反馈、间隙补偿,运动中变速等。 3.3对现代技术的运用对现代运动控制系统进行数字式频响测试, 相比传统的频响测试方法可以减少测试环节中的硬件, 利用各种算法进行数据的处理计算, 提高了计算过程的透明度和置信度, 本文的研究成果已应用于某型三轴运动仿真转台的闭环频响测试并与动态信号分析仪 HP35670A 的结果进行比较, 从精度和效率以及输出方式等方面看, 结果是令人满意的, 限于篇幅, 这里不再列举实测结果。实践证明, 这种基于测量自动化和参数辩识一体化的方法, 大大提高了试验测量效率和质量, 具有重要的工程应用价值。 4运动控制技术在国内的应用及发展 自 20 世纪 80 年代初期,通用运动控制器已经开始在国外多个行业应用,尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时运动控制器在我国的应用规模和行业面很小,国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。1999 年,固高科技(深圳)有限公司开始从事专业开发、生产开放式运动控制器产品。 目前,国内的运动控制器生产厂商提供的产品大致可以分为三类: 4.1 以单片机或微处理器作为核心的运动控制器,这类运动控制器速度较慢,精度不高,成本相对较低。在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场 合应用。 4.2 以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,这类运动控制器结构比较简单,但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号,工作于开环控制方式。这类控制器对单 轴的点位控制场合是基本满足要求的,但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制 的设备,这类运动控制器不能满足要求。由于这类控制器不能提供连续插补功能,也 没有前瞻功能(Look ahead),特别是对于大量的小线段连续运动的场合,如模具雕刻,不能使用这类控制器。另外,由于硬件资源的限制,这类控制器的圆弧插补算法通常 都采用逐点比较法,这样一来圆弧插补的精度也不高。 4.3 基于 PC 总线的以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器的开放式运动控制器。这类开放式运动控制器以 DSP 芯片作为运动控制器的核心处理器,以 PC 机作为信息处理平台, 运动控制器以插卡形式嵌入 PC 机,即“PC+运动控制器”的模式。这样将 PC 机的信 息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起,具 有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。这类运动控 制器充分利用了 DSP 的高速数据处理功能和 FPGA 的超强逻辑处理能力,便于设计出 功能完善、性能优越的运动控制器。这类运动控制器通常都能提供板上的多轴协调运 动控制与复杂的运动轨迹规划、实时的插补运算、误差补偿、伺服滤波算法,能够实 现闭环控制。由于采用 FPGA 技术来进行硬件设计,方便运动控制器供应商根据客户 的特殊 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 要求和技术要求进行个性化的定制,形成独特的产品。 以上第一类运动控制器由于其性能的限制,在市场上所占份额较少,主要应用于一些 单轴简单运动的场合,往往还面临同 PLC 厂商提供的定位控制模块的激烈竞争。第二类运动控制器因其结构简单、成本较低,占有一定的市场份额,但由于其专用芯片(ASIC)能提供运动控制的基本功能,用户可以利用该芯片设计专用的控制器而分薄了这类运动控制器的市场份额。第三类运动控制器是目前国类运动控制器产品的主流,目前国外开放式运动控制器产品已经开始大量进入中国;固高科技(深圳)有限公司相继开发出 GO、GT、GH 和 GU 系列基于 DSP 的开放式运动控制器产品,有近 150 个品种可供用户选择;应用也从传统的机床数控扩展到了如激光加工、服装、纺织、印染、电子加工等多个领域,市场规模也有较大的增长 参考文献 1李泽湘,运动控制技术的发展历史,固高科技公司宣传资料 2 吴宏等,通用运动控制技术的现状与发展,200 3 年中国机械工程协会年会 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 3蒋仕龙等,开放式运动控制器及其应用案例,2003 年中国机械工程协会年会论文集 4 MengKing 运动技术与运用 2012 机械工业出版社