在數(shù)控機床工業(yè)自動化趨勢中，運動控制是其中的關(guān)鍵部分。通過機器實現(xiàn)自動化操作可以避免很多人為錯誤，還可以提高生產(chǎn)效率和效率。如何使數(shù)控機器根據(jù)命令動作是機器運動控制的應(yīng)用類別。

如今，機器人的行為模式主要基于人類提供的執(zhí)行重復(fù)操作的編程內(nèi)容。如今，機器人與各種移動電子產(chǎn)品（包括汽車，飛機等）之間的區(qū)別在于，它們是否可以在不參與控制的情況下自行運行。在工業(yè)制造領(lǐng)域，由于對重復(fù)和規(guī)則運動的巨大需求，這也恰好為工業(yè)機器人的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。

在工業(yè)自動化環(huán)境中，運動控制是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。人類最大的缺點是會出現(xiàn)錯誤，對于工業(yè)生產(chǎn)線來說，這常常會在較小程度上損害生產(chǎn)線，在嚴重的情況下會傷及人員。

通過機器自動執(zhí)行操作可以避免很多人為錯誤，但是必須確保機器可以接受正確的指令并執(zhí)行預(yù)期的操作，并且這些指令仍然必須手動提供給機器。如何使機器能夠根據(jù)命令動作是機器運動控制的應(yīng)用類別。

運動控制器

運動控制器是機器運動控制系統(tǒng)的大腦，負責(zé)計算機器所需的運動軌跡。由于此操作過程非常重要，因此通常由板上的數(shù)字信號處理器（例如DSP）執(zhí)行該操作過程，以避免額外的負擔(dān)和對主機的干擾。例如，由于執(zhí)行防病毒軟件而中斷了數(shù)控機床的運行，這將導(dǎo)致生產(chǎn)線停止運行。運動控制器將使用自身計算出的軌道來確定適當?shù)呐ぞ孛���，并將該命令發(fā)送到電機放大器以生成過程運動。

在運動控制器運行期間，必須關(guān)閉PID控制回路。由于此操作要求極高的精度，并且對于穩(wěn)定操作是必需的，因此控制回路通常直接在板上閉合。除了閉合控制回路外，運動控制器還監(jiān)視緊急極限和停止功能，以確保過程的安全性。如果可以直接從電路板或?qū)崟r系統(tǒng)執(zhí)行這些任務(wù)，則可以確保運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，準確性和安全性。

計算軌道

運動軌跡通常表示運動控制器的板控制操作或輸出到驅(qū)動器和放大器的命令信號，然后電動機將跟隨該軌跡運動。運動控制器根據(jù)程序的參數(shù)值計算運動軌跡的軌跡部分。在計算軌道時，運動控制器可以使用所需的目標位置，最大目標速度和用戶提供的加速度值來確定三個主要動作部分（包括加速度，恒定速度和減速度）中的位置這需要時間。

對于一般梯形軌跡的加速段，將根據(jù)停止位置或上一次運動來開始運動操作，并且將遵循指定的加速斜坡，直到速度達到運動操作的預(yù)定目標速度為止。移動操作可以根據(jù)當前目標速度在指定時間內(nèi)繼續(xù)移動，直到控制器確定減速段的開始并在指定目標位置停止移動為止。

如果鍛煉工作很短，通常在加速完成之前就已達到減速的起始點，軌跡將是三角形而不是梯形，并且達到的實際速度可能會低于設(shè)定的目標速度。S曲線的加減速是基本的梯形軌跡增強，也就是說，用于加速和減速的線性坡道被修改為非線性曲線軌跡。這樣，斜坡的外觀就具有微調(diào)控制功能，可以根據(jù)慣性，摩擦，電機動力學(xué)和其他機械運動系統(tǒng)的限制來調(diào)整運動跟蹤的性能。

創(chuàng)建自定義運動控制器

盡管帶有DSP的運動控制器已經(jīng)可以在許多應(yīng)用中使用，但是對于高精度運動控制操作（例如200kHz伺服更新速率），工程師必須通過定制的PCB設(shè)計所需的運動控制器。結(jié)果，有必要增加開發(fā)成本和時間，并且這種運動控制器具有固定的功能并且缺乏重新設(shè)計的靈活性，這使得在操作期間更難以適應(yīng)運動控制計算公式的變化。需要更高準確性和靈活性的其他應(yīng)用包括半導(dǎo)體行業(yè)中的晶圓加工機，或可以重置汽車行業(yè)中裝配線的生產(chǎn)線車輛排序操作。

電機放大器和驅(qū)動器

電機放大器或驅(qū)動器是系統(tǒng)中的重要組件。運動控制器首先使用低電流模擬電壓信號來形成命令。通過電機放大器接收命令后，它將其轉(zhuǎn)換為高電流信號以驅(qū)動電機。為了能夠驅(qū)動不同類型的電動機，通常電動機驅(qū)動器具有許多不同的變量。例如，步進電機驅(qū)動器僅連接到步進電機，而不連接到伺服電機。

除了匹配相應(yīng)的電動機技術(shù)外，驅(qū)動器還必須提供正確的電壓，連續(xù)電流和峰值電流以正確驅(qū)動電動機。如果驅(qū)動器提供的電流過多，則可能會損壞電動機。如果驅(qū)動器提供的電流不足，則電動機將無法實現(xiàn)全轉(zhuǎn)矩功能。如果電壓不足，電動機將無法全速運行。此外，用戶還必須考慮放大器和控制器之間的連接方法。

反饋裝置

反饋設(shè)備可用于協(xié)助運動控制器了解電機的位置。最常見的位置反饋設(shè)備是相位差編碼器，它提供起點的相對位置。大多數(shù)運動控制器都設(shè)計有這種類型的編碼器。其他反饋設(shè)備包括可以提供模擬位置反饋的位移計，可以提供速度反饋的轉(zhuǎn)速表，可以執(zhí)行絕對位置測量的絕對編碼器以及可以執(zhí)行絕對位置測量的旋轉(zhuǎn)變壓器。

最佳運動控制優(yōu)勢

在工業(yè)機器人的應(yīng)用中，只有通過離線編程和在線決策相結(jié)合的使用，機器人的操作才能獲得最大的收益。隨著計算機計算速度的快速提高，更成熟的算法以及各種工業(yè)傳感器的出現(xiàn)，傳統(tǒng)機器人的應(yīng)用和大量移動電子產(chǎn)品的使用已得到加速。

數(shù)控機床通過軟件和硬件的集成，它可以為機器人運動控制提供離線輔助編程和在線加速決策。例如，機器人的拖動動作，自動跟蹤等功能屬于離線輔助編程，而視覺識別技術(shù)的集成則屬于在線決策的實現(xiàn)。在這種邏輯下，我們可以定義自動駕駛汽車的路線規(guī)劃屬于離線編程，而駕駛過程中的避障則屬于在線決策�；�于此原理，這些移動電子產(chǎn)品可以包含在機器人的廣義定義中。

市場趨勢：

預(yù)計全球運動控制市場將從2020年的122.6億美元增長到2025年底的5.09％的復(fù)合年均增長率（CAGR），達到161.52億美元。市場增長的主要因素是越來越多地采用制造過程自動化以及對使用集成運動控制器的興趣增加。

實際上，人工智能的真正目的是使機器具有自我學(xué)習(xí)的能力，并能夠根據(jù)不同情況獨立調(diào)整合適的生產(chǎn)策略。目前，在實際應(yīng)用中，大多數(shù)被稱為人工智能的功能被用來將人類的智能轉(zhuǎn)化為計算代碼，以達到自動決策的目的。

未來，人工智能的發(fā)展將日趨強大，而良好的決策還需要一個好的運動控制器來呈現(xiàn)所需的制造過程。在人工智能的運動控制中，控制器需要能夠提供高速通信通道，以便接收和執(zhí)行來自人工智能的決策并反饋機器人的狀態(tài)信息。另外，控制器本身的功能也將直接影響人工智能的工作量。例如，如果控制器可以支持空間弧功能，則人工智能無需單獨計算所有弧上的點坐標，這也將有助于減少通信量。

文章作者：山東萬匯數(shù)控機床有限公司  akwz.cn