2023年11月11日

运动控制在工业控制及自动化领域的应用

作者 admin

工业控制主要分为两个方向,一个是运动控制,通常用在机械领域; 另一种是过程控制,通常用于化学工业。 运动控制是指起源于早期的一种伺服系统,以控制电动机为基础,实现对物体的角位移、转矩、转速等物理量变化的控制。

从角度来看,电机控制(这里指的是伺服电机)主要是将单个电机的转矩、速度、位置中的一个或多个参数控制到给定值。 运动控制的主要重点是协调多个电机完成指定的运动(合成轨迹、合成速度),更侧重于轨迹规划、速度规划和运动学转换; 例如在数控机床中,需要配合XYZ轴电机完成插补动作。

电机控制在运动控制系统中经常作为一个环节(通常是电流环,工作在转矩模式),更侧重于对电机的控制,一般包括位置控制、速度控制、转矩控制三个控制环,一般没有规划能力(有些驱动器有简单的位置和速度规划能力)。

运动控制往往针对产品,包括机械、软件、电气等模块,如机器人、无人机、运动平台等,实时控制和管理机械运动部件的位置和速度,使之可以按照 一种具有预期运动轨迹和指定运动参数的运动控制。

两者重叠的部分内容:位置环/速度环/力矩环可以在电机驱动器中实现,也可以在运动控制器中实现,所以两者很容易混淆。 运动控制系统的基本架构组件包括: 运动控制器:用于生成轨迹点(所需输出)并关闭位置反馈回路。 许多控制器也可以在内部关闭速度环。

运动控制器主要分为PC-based、专用控制器和PLC三大类。 其中,基于PC的运动控制器广泛应用于电子、EMS等行业; 专用控制器的代表行业有风电、光伏、机器人、成型机械等; PLC在橡胶、汽车、冶金等行业备受青睐。

驱动器或放大器:用于将来自运动控制器的控制信号(通常是速度或扭矩信号)转换成更高功率的电流或电压信号。 更先进的智能驱动器可以自行闭合位置环和速度环,以获得更精确的控制。

执行器:如液压泵、油缸、线性执行器或电动机,用于输出运动。 反馈传感器:如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应器件等,用于将执行器的位置反馈给位置控制器,从而实现位置控制环的闭合。 许多机械部件用于将执行器的运动转换为所需的运动,包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。

运动控制的出现进一步推动了机电控制的解决。 例如,以前用机械结构来实现凸轮和齿轮,现在可以用电子凸轮和电子齿轮来实现,消除了机械实现过程的回程、摩擦和磨损。

成熟的运动控制产品不仅需要提供路径规划、前瞻控制、运动协调、插补、运动学正反转求解、驱动电机的指令输出,还需要有工程组态软件(如SIMOTION的SCOUT)和语法解释器(不仅指自身语言,还包括IEC-61131-3 PLC语言支持),简单的PLC功能,PID控制算法实现,HMI交互界面,故障诊断界面,先进的运动控制器也可以实现安全控制, ETC。 。

审稿人黄昊宇