基于运动控制器的全闭环控制
基于SIMOTION D455的大部件调姿对合系统研制
的装配质量，降低了人员劳动强度,提高了劳动生产率。
关键词:大部件;调姿对合；SIMOTION D455 ；运动控制
中图分类号:TP23
文献标识码:B
DOI：10.19287/j. cnki. 1005-2402.2021. 07. 025
Research and development of large components attitude adjustment and alignment system based on SIMOTION D455
伺服运动控制器
图4大部件调姿对合系统电气控制框图
每台定位器的传感器信号,包括力传感器的模拟 量信号以及上下电等数字量信号等都耦合在个 ET200SP分布式I/O组合模块中,各个定位器的10模 块组成Profinet网络，由Simotion D455运动控制器进 行控制，其基本组态如图5所示。
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1 上位运动控
--制软1-件-L路径规划
模块
现场监控 模块
安全保护 模块
图7上位运动控制单元软件构架
在接收到上位运动控制软件下发到SIMOTION运 动控制器的电机运动控制指令和运动参数后,运动控 制器控制各电机驱动器实现驱动轴同步协调运动到
・131・
管理与信息化 Management and Informatization
位,最终实现大部件的位姿调整和对接装配等任务。 底层控制软件运行于SIMOTIOND 455上，模块化设 计，采用ST语言进行底层运动控制开发，由六大功能 模块组成，如图8所示。
近年来，国外以波音、空客、洛马等为代表的航空 制造企业都在大力发展数字化装配技术，大量采用数
参考文献
[1]朱家梁，朱洪涛•基于激光传感器的钢轨轨廓检测技术的研究[J]. 激光与红外,2017,47(12) ： 1492-1497.
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计
1绪论1.1 SCARA机器人的现状、发展SCARA（平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。
在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。
由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。
近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。
但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的 ,其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要 ,日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。
随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展 ,尤其是高速度数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现 ,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题 ,并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。
该设计正是从这一点出发 , 选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器的主处理器 ,设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统 ,从根本上解决了单片机带来的各种问题。
1.2 运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（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。
（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。
运动闭环控制
运动闭环控制引言运动闭环控制是指通过对目标系统的观测和反馈来调节其输出，以实现期望的运动控制效果。
它在工业自动化、机器人控制、航空航天等领域有着广泛的应用。
本文将详细探讨运动闭环控制的原理、方法和应用，并分析其在实际场景中的优缺点。
运动闭环控制原理开环控制和闭环控制的区别开环控制和闭环控制是运动控制中的两种基本方式。
开环控制是根据输入信号预先确定输出的一种控制方法，不考虑系统的实际状况。
闭环控制则通过对系统输出进行反馈，将实际输出与期望输出进行比较并调整系统参数，以实现更为精确的控制。
运动闭环控制的基本原理运动闭环控制的基本原理是通过对系统的状态进行实时观测，并与期望状态进行比较，从而确定控制器的输出信号。
闭环控制通常由四个基本组成部分构成：传感器、控制器、执行机构和反馈系统。
传感器用于收集系统的状态信息，控制器根据传感器信号输出控制指令，执行机构执行控制指令，反馈系统将执行结果反馈给控制器进行调节。
运动闭环控制方法PID控制PID控制是运动闭环控制中最常用的一种方法。
它通过测量系统误差和误差的变化率来计算控制器的输出信号。
PID控制器由比例项、积分项和微分项组成，分别用于消除稳态误差、减小超调和提高系统响应速度。
模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的控制方法。
它利用模糊化、规则库、模糊推理和解模糊化等技术，将模糊规则转化为控制输出。
模糊控制器不需要精确的数学模型，能够处理非线性和不确定性问题。
自适应控制自适应控制是一种可以根据系统状态和参数变化来调整控制器参数的方法。
它通过在线估计系统参数，并根据估计结果调整控制器参数，以适应系统的变化。
自适应控制器能够实时跟踪系统状态的变化，并调整控制策略，提高系统的鲁棒性和适应性。
预测控制预测控制是一种基于数学模型的控制方法。
它通过对系统未来状态的预测来确定控制器的输出信号。
预测控制器不需要实时对系统进行测量，可以减少传感器的使用，提高系统的响应速度和控制精度。
S7-1200运动控制
S7-1200运动控制S7-1200运动控制根据连接驱动方式不同，分成三种控制方式，如下图所示1、PROFIdrive：S7-1200 PLC通过基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式与支持PROFIdrive的驱动器连接，进行运动控制。
2、PTO：S7-1200 PLC通过发送PTO脉冲的方式控制驱动器，可以是脉冲+方向、A/B正交、也可以是正/反脉冲的方式。
3、模拟量：S7-1200 PLC通过输出模拟量来控制驱动器。
对于固件V4.0及其以下的S7-1200CPU来说，运动控制功能只有PTO这一种方式。
目前为止，1个S7-1200 PLC最多可以控制4个PTO轴，该数值不能扩展。
S7-1200 运动控制—PROFI drive控制方式PROFI drive 是通过PROFIBUS DP和PROFINET IO 连接驱动装置和编码器的标准化驱动技术配置文件。
支持PROFI drive 配置文件的驱动装置都可根据PROFI drive 标准进行连接。
控制器和驱动装置/编码器之间通过各种PROFI drive 消息帧进行通信。
每个消息帧都有一个标准结构。
可根据具体应用，选择相应的消息帧。
通过PROFI drive 消息帧，可传输控制字、状态字、设定值和实际值。
『注意』固件V4.1开始的S7-1200CPU才具有PROFI drive的控制方式。
这种控制方式可以实现闭环控制。
S7-1200 运动控制--PTO控制方式PTO的控制方式是目前为止所有版本的S7-1200 CPU都有的控制方式，该控制方式由CPU向轴驱动器发送高速脉冲信号（以及方向信号）来控制轴的运行。
这种控制方式是开环控制。
S7-1200 运动控制--模拟量控制方式固件V4.1开始的S7-1200 PLC的另外一种运动控制方式是模拟量控制方式。
以CPU1215C为例，本机集成了2个AO点，如果用户只需要1或2轴的控制，则不需要扩展模拟量模块。
多轴运动控制器和驱动器
多轴运动控制器1、运动控制器概述随着现代控制技术的提高，运动控制器的出现在某种意义上满足了新型数控系统的标准化、开放性的要求，为各种工业设备、国防设备以及智能医疗装置的自动化控制系统的研制和改造提供一个统一的硬件平台。
整体而言，运动控制器是一种控制装置，其核心为中央逻辑控制单元,敏感元件一般为传感器，控制对象为电机或动力装置和执行单元。
目前，大多数的运动控制器是一种基于PC机或工业PC机的上位控制单元，多用于控制步进电机或伺服电机，在控制过程中，控制器可以完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等）。
一般地，控制器都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发，从而构造所需的控制系统。
图1给出典型的PC+运动控制器组成的开放式控制系统的简图：一般地，运动控制器发送运动控制指令到伺服驱动器，由伺服驱动器驱动伺服电机运行，再通过伺服电机上的编码器反馈信号返回至运动控制器，至此，整个运动控制系统实现运动控制器的闭环控制。
图1 典型的Pc+运动控制器组成的开放式控制系统的2、运动控制器国内外研究现状在20世纪90年代,国际发达国家就已经相继推出运动控制器产品，包括美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器，英国TRIO公司的PCI208多轴运动控制器以及德国MOVTEC公司开发的DEC4T运动控制器等。
近年来，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的工业领域所接受。
目前，由这些发达国家研制的运动控制器已开始在机器人控制、半导体加工、飞行模拟器等新兴行业得到了很大的应用，其在传统的机床控制领域所占的市场份额也在不断的扩大。
我国在运动控制器产品开发方面相对滞后，1999年固高科技有限公司开始开发、生产开放式运动控制器，随后，国内又有其它几家公司进入该领域，但实际上，其大多是在国内推广国外生产的运动控制器产品，真正进行自主开发的公司较少。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即。
基于STM32的步进电机运动状态闭环检测系统设计
基于STM32的步进电机运动状态闭环检测系统设计作者：胡向东来源：《科技视界》2020年第13期摘要为了实时检测步进电机在运动过程中是否发生了失步或者堵转情况，设计一种基于STM32的闭环检测系统。
系统中使用STM32F429微处理器向步进电机驱动器发送控制信号，并通过增量编码器将步进电机的运动状态反馈到STM32F429中，以此来构成一个闭环的控制系统。
使用该系统可以实时确定步进电机的运动状态，从而判断出步进电机是否在运动的过程中发生了失步或者堵转的情况。
关键词步进电机;控制信号;闭环控制;增量编码器;STM32F4290 引言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件[1]。
步进电机驱动器每接收到一个控制信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的步距角。
由于步进电机的转动角度仅与其驱动信号的脉冲个数有关，其控制过程非常简单。
步进电机每转动一圈所需要的脉冲个数是固定的，因此其只有单步转动过程中产生的单步误差而没有连续转动产生的累积误差。
步进电机的这种特点使其在工业中的精确位置控制领域得到了广泛的应用。
步进电机实现精确位置控制的前提条件是，其在转动过程中不发生失步或者堵转的情况。
在实际应用中，步进电机会由于其驱动频率太高或者变化速度太快以及其驱动负载的改变而导致失步，从而使步进电机的位置控制精度下降，严重时会产生堵转，使步进电机无法正常工作。
因此，对步进电机运动状态的检测便显得十分重要。
本文使用STM32F429微处理器作为主控制器构成一个闭环的步进电机控制系统来对步进电机的运动状态进行检测，通过该系统可以实时检测步进电机是否发生了失步或者堵转的情况。
1 系统方案设计用于检测步进电机失步或者堵转情况的步进电机闭环控制系统结构如图1所示。
在该闭环控制系统中，STM32F429微处理器发送控制信号到步进电机驱动器;驱动器接收到该控制信号后，根据设定的驱动参数来驱动步进电机;步进电机通过联轴器带动增量编码器进行转动;增量编码器在转动过程中向STM32F429微处理器发送反馈信号;STM32F429对反馈信号进行处理后得出步进电机当前的运动状态，并将该结果输出到TFTLCD顯示屏上进行显示。
SS步进伺服分体式运动控制器说明书
Compliant■ 智能型，内藏运动控制器 ■ 总线控制，多轴网络通讯 ■ 加强型电机，长寿命设计 ■ 高效率，高精度，高响应 ■ 低振动，低噪音，低发热SSS tep -S ervoNew步进伺服第三代步进伺服闭环步进(20000 counts/rev)全闭环MOONS 创新性地将伺服控制技术融入步进电机之中，创造出具有全新优异性能表现的分体式运动控制终端。
运动指令反馈全闭闭环全闭环速度力矩位置运动模拟量速度ID 1ID 2ID n 多轴网络RS-485Downloading运动编程能量输出80%发热损耗energy能量输出30%发热损耗energyStepper SS产品内置20000 脉冲定位误差仅为1脉冲(0.018圈高分辨率编码器，提供了准确的位置精 基于5000线高精度编码器的空间矢量电流控制算法，在全速度范围内均有优异的性能表现，即使在低速应用时仍可保持平稳、安静的运行。
------解决传统步进电机低速振动噪声问题利用高速响应的伺服控制技术升级强化了步进电机固有的刚性特质。
------在运行和静止时都确保定位的精确简单参数整定高速响应大力矩运动检测关键特性速度距离负载惯量1:10 1:5 1:1使用预定义的整定参数即可获得最优的性能表现及系统稳定性。
根据不同等级的控制要求，提供多种整定参数选择。
对于绝大多数应用场合，默认参数即可满足使用，无需手工整定。
对某些实时性运动有苛刻精确性要求的应用场合，Step-Servo Quick Tuner 提供了一个简单实用的工具用来监测实际运动轨迹。
可用来监测诸如实际速度和位置误差等常用指标，以此评估系统当前实际性 能表现。
交互式监控与整定结合的界面可以最快地获得优化的性能输出。
SS 始终在全伺服模式下运行，电机的力矩可以被100%充分利用，系统设计时无需考虑力矩冗余。
在大多数应用场合，电机可以输出150%的额定力矩，大力矩输出在某些情况下可以简化减速机构的复杂度。
【设计】基于labview和固高运动控制卡的PID半闭环位置控制
丽水学院【关键字】设计毕业设计（论文）（2017届）基于运动控制卡的位置闭环PID控制题目系统设计院别工学院指导教师张文辉职称副教授班级机自132班姓名王宽学号2017年4月28日基于运动控制卡的位置闭环PID控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级：机自132 姓名：王宽指导老师：张文辉摘要随着机电一体化技术的不断发展，制造业对自动化设备的位置精度要求越来越高。
由于机械传动误差、干扰等问题的存在，保守的开环控制在很多场合已经很难满足生产生活的精度要求，因此开发高精度的闭环运动控制器具有非常重要的实用价值和运用前景。
运动控制卡作为上位机的计算机技术日益成熟，功能强大，性能稳定，而且可靠性越来越高。
Labview作为上位机开发程序，编程方便、简洁，而且适用于调用运动控制卡的动态链接库文件去实现编程的可行性。
因此本文全面了解运动控制卡的程序调用方法及其用Labview作为开发语言的用法，使用步进电机驱动系统结合PID算法，实现步进半闭环位置控制的程序编写，并取得了一定效果。
关键词运动控制卡动态链接库Labview 位置PID控制Closed-loop PID control position system design based on motion control cardProfession: Mechanical engineering and automation Class: Machine from 132 Name: Wang Kuan Instructor:Zhang WenhuiAbstract With the development of electromechanical integration technology, the manufactu ring industry is demanding higher and higher precision of automation equipment. Due to m echanical transmission error, interference problems such as the existence of the traditional o pen loop control on many occasions is hard to meet the requirements of the precision of t he production and living, so development high precision closed loop motion controller has very important practical value and application prospect.The computer technology of the motor control card is becoming more and more matur e, the function is strong, the performance is stable, and the reliability is higher and higher. Labview is a programming convenience, simplicity, and application to the dynamic link li brary file that calls the movement control card to implement the feasibility of programmin g. So in this paper, a comprehensive understanding of the movement control card’s program calls the use of the method and its use Lanview as development language, the use of s tepping motor driven system combined with PID algorithm, implementation step and a halfclosed loop position control programming, and obtained the certain effect. Keywords The motion control Dynamic Link Library Labview PID control目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 控制系统概述 (1)1.3研究内容 (2)第2章步进电机闭环系统设计 (3)2.1 引言 (3)2.2 电机与驱动器选型 (3)2.2.1 硬件设备的组成 (3)2.2.2 步进电机系统介绍 (4)2.3 运动控制卡选型 (5)2.4 其它元器件选型 (7)2.3.1 限位开关的使用说明 (7)2.3.2 编码器的使用说明 (8)2.5 小结 (8)第3章位置闭环PID控制系统设计 (10)3.1 引言 (10)3.2 Labview 的介绍 (10)3.2.1 动态链接库的调用 (10)3.2.2 调用库函数节点技术 (12)3.3 闭环PID控制系统设计 (14)3.3.1 板卡初始化设计 (14)3.3.2 开启轴并设置好闭环模式 (16)3.3.3 设置运动参数使其规划运动 (16)3.3.4 PID位置调节 (17)3.4 小结 (18)总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)第1章绪论1.1课题背景及意义在当今这个技术与科技飞速发展的时代，运动控制技术及系统的普及和应用在它本有的进步发展道路上，也带动了其他更多产业的发展，并且与微电子技术、传感器技术、计算机技术等技术的发展和科技的进步共同相互协助发展。
闭环控制系统
闭环控制系统许多实时嵌入式系统使作出控制决策。
这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。
这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。
例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。
每样提供软件和附加信息基础控制决策。
闭环控制的基本知识基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
反馈控制是自动控制的主要形式。
自动控制系统多数是反馈控制系统。
在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。
反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。
比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。
这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。
以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。
炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。
同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。
电机实现闭环控制原理
电机实现闭环控制原理介绍电机是现代工业中广泛应用的一种设备，它将电能转换为机械能，广泛应用于各种机械设备中。
为了实现对电机的精确控制，闭环控制原理被广泛应用于电机控制系统中。
闭环控制原理通过测量电机的输出，并对其进行比较和调整，以实现所需的控制目标。
闭环控制原理的基本概念闭环控制原理是一种基于反馈的控制方法，它通过测量电机的输出信号，并与所需的控制信号进行比较，以产生误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统对电机进行调整，以使输出信号接近所需的控制信号。
闭环控制原理的基本概念可以用下面的步骤来描述：1.测量电机的输出信号。
2.将输出信号与所需的控制信号进行比较，得到误差信号。
3.根据误差信号，计算并施加控制信号，使输出信号逐渐接近所需的控制信号。
4.反复测量输出信号，并进行比较和调整，直到输出信号达到所需的控制信号。
闭环控制原理的关键是通过不断测量和调整来实现对电机输出的精确控制。
闭环控制原理的应用闭环控制原理在电机控制系统中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 位置控制闭环控制原理可以用于实现对电机位置的精确控制。
通过测量电机的位置，并与所需的位置进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的运动，使其逐渐接近所需的位置。
2. 速度控制闭环控制原理也可以用于实现对电机速度的精确控制。
通过测量电机的速度，并与所需的速度进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的输入信号，以使其速度逐渐接近所需的速度。
3. 力矩控制闭环控制原理还可以用于实现对电机输出力矩的精确控制。
通过测量电机的输出力矩，并与所需的力矩进行比较，可以计算出误差信号。
然后，根据误差信号，控制系统可以调整电机的输入信号，以使其输出力矩逐渐接近所需的力矩。
闭环控制原理的实现闭环控制原理的实现通常包括以下几个步骤：1. 传感器测量闭环控制原理的第一步是通过传感器测量电机的输出信号。
基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计
基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计摘要：在QT集成开发环境下，基于RT Linux平台，通过PC机以及运动控制卡主从式控制结构，设计多轴联动控制系统，满足动态调度多任务请求的同时，从该系统的硬件、软件控制系统设计入手，实现并验证该系统多轴联动的任意轨迹插补运动可靠稳定性。
关键词:运动控制卡；多轴联动；开放式控制系统引言：伺服电机由于长期使用脉冲控制方式，影响系统兼容稳定性，因此需采用总线型伺服电机作为动力装置。
在本文中，借助QT开发平台，设计开放式多轴联动控制系统，结合EtherCAT 工业现场总线，并采用高稳定性的工控机、高速高精多轴运动控制卡、总线型伺服电机，构建开放式模块体系结构平台，以满足调度多目标、多工位的应用需求。
一、硬件控制系统设计硬件控制系统整体结构具有较强的拓展性，可以满足系统模块化设计要求，对于硬件控制系统结构的分析需要从PC 机、运动控制卡、伺服系统、反馈类传感器等部件入手：首先，PC 机作为系统的管理层，其主要功能包含以下几点：第一，建立HMI交互界面；第二，规划加工路径，产生加工程序，优化路径以及速度规划；第三，和运动控制卡之间做高速数据交互；第四，PC 机还具有监控以及管理功能，实时关注多轴联动系统运行动态，并加强对交互界面的管理。
其次，本文当中运动控制卡主要选取HUST品牌的A6E总线型运动控制卡A6EC-6型。
该运动控制卡独立于PC之外不依赖PC的稳定性，这使得控制耦合度大幅度降低。
不仅能够容纳大量的数据，同时也可以产生较高的总线传输效率。
运动控制卡当中的微处理器，可以将参数整合，形成高速位置指令，通过EtherCAT总线与伺服系统远程拓展模块进行连接，从而能够同步驱动和控制多颗伺服电机，提升运动控制卡构件系统整合能力。
再次，硬件控制系统结构当中的伺服电机系统主要功能为通过位置控制方式接收电机编码器位置反馈信号，从而根据信号实时调节运动控制参数，构建封闭的循环控制系统，准确寻找多轴联动位置和方向。
开环控制与闭环控制的特征、优缺点和应用场合
开环控制与闭环控制的特征、优缺点和应用场合1. 引言1.1 概述本篇文章旨在深入探讨开环控制与闭环控制的特征、优缺点以及应用场合。
在自动控制领域，开环和闭环控制是两种常见的控制策略，它们在不同的系统中有着各自独特的特点和适用条件。
通过对这两种控制策略进行充分了解，可以更好地选择和应用于不同实际问题中。
1.2 文章结构文章将从以下几个方面对开环控制和闭环控制进行详细介绍和比较：特征、优缺点以及应用场合。
首先，在第2节中，我们将展示开环控制的特征，并分析其所具备的优缺点，以及适用于哪些场合。
接着，在第3节中，我们将重点关注闭环控制的特征，并阐述其优缺点，同时说明其适用范围。
然后，在第4节中，我们会直接比较开环和闭环控制的异同，并对它们各自的应用场合进行对比。
最后，在第5节中，我们将给出一个总结，并提出进一步研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解开环控制和闭环控制，并对它们的特征、优缺点以及应用场合有一个清晰的认识。
这将有助于读者更好地理解自动控制中的基本概念，为实际问题选择最合适的控制策略提供参考。
同时，通过对开环与闭环控制的比较，我们可以深入研究这两种策略在不同领域中的优势和局限性，并为未来进一步研究提供指导和展望。
2. 开环控制的特征、优缺点和应用场合2.1 特征开环控制是一种控制系统，其中输出信号不会影响系统输入信号的调整。
它基于预先确定的模型和输入来产生输出。
开环控制主要有以下特征：a) 简单性：开环控制系统通常由较少的组件组成，结构相对简单。
b) 响应快：由于没有反馈机制，开环控制系统能够快速产生输出响应。
c) 低成本：开环控制系统通常不需要传感器或测量装置，并且因为简化了结构，具备低成本的优势。
2.2 优缺点a) 优点：i) 快速响应: 开环控制通过明确的输入信号可以快速响应变化。
ii) 简易实现: 相对于闭环控制来说，开环控制结构简单、容易实现和维护，解决了许多特定问题。
机器人基础 期末复习
1、根据各个国家对机器人的定义，总结各种说法的共同之处，机器人应该具有以下特性:1 )种机械电子装置。
2 )动作具有类似于人或其他生物体的功能。
3)可通过编程执行多种工作，具有定的通用性和灵活性。
4)具有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
2、机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。
“机器人革命”有望成为“第四次工业革会”的切入点和增长点，本书将看重讨论工业机器人的结构、控制和应用等问题。
3、1940年，-位名叫J saac As imov的科幻作家首次使用了Robotics (机器人学)来描述与机器人相关的科学，并提出了“机器人学三原则”。
这三条原则如下:1 )机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸。
2)机器人必须服从于人的指令，除非这些指令与第一-原则相矛盾。
相矛盾。
3)机器人必须能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第或第二原则。
4、新一代工业机器人正在向智能化、柔性化、网络化、人性化和编程图形化方向发展。
5、一般来说， -个机器人系统由机械结构、控制器、传感器、驱动系统和作业信息等几部分组成。
机械结构:包括机器人本体、传动机构和执行机构，主要实现机器人运动和力的传递;控制器:主要是对机器人模型、环境模型、工作任务和控制算法的分析与实现，以及实现人机的交互;传感器:包括内部传感器和外部传感器，主要实现对机器人内部状态和外部环境的监控;驱动系统包括驱动器和伺服系统，驱动器是机器人的动力源.可以是气动的、液压的或电动的;作业信息:主要实现对作业对象、作业顺序等信息的分析与处理。
6、机器人一般都由四个主要部分组成:①机械系统;②传感系统;③驱动系统;④控制系统。
机械系统包括传动机构和由连杆集合形成的开环或闭环运动链两部分。
连杆类似于人类的大臂、小臂等，关节通常为移动关节和转动关节。
移动关节允许连杆做直线移动，转动关节允许构件之间产生旋转运动。
运动控制系统的历史与发展
运动控制系统的历史与发展一、运动控制技术的发展运动控制系统发展经历从直流到交流，从开环到闭环，从模拟到数字，直到基于PC的伺服控制网络系统和基于网络的运动控制的发展过程。
从运动控制器件的发展看，大致经历下列阶段：①模拟电路。
早期运动控制系统一般采用运算放大器等分立元件，以模拟电路硬件连线方式构成。
这类控制系统具有响应速度快、精度较高、有较大带宽等优点。
但与数字系统比较，存在老化和环境温度的变化对构成系统的元器件参数影响很大；元器件较多，系统复杂，使系统可靠性下降；采用硬接线，修改困难；受系统规模限制，难以实现高精度、大运算量的复杂控制算法等缺点。
②微处理器。
微处理器集成了CPU、RAM、ROM等，具有运算速度快、功率消耗低、集成度高、抗扰性强等优点。
但总体集成度仍较低，不具备运动控制所需的控制算法，处理速度和能力有限等缺点。
③通用计算机。
它采用高级编程语言和相应的控制软件，配合计算机通信接口和驱动电动机的电路板，可独立组成运动控制系统。
可以实现高性能、高精度的复杂控制算法，程序修改方便。
但受到通用计算机的限制，其实时性较差，体积大，难于在工业现场应用。
④专用运动控制芯片。
专用的运动控制芯片将实现运动控制所需的各种逻辑功能和运动控制功能集成在一块专用集成电路板内，提供了一些专用控制指令，并具有一些辅助功能，使用户软件设计工作量减小到最小程度。
但由于软件算法固化，所以复杂控制算法实现困难，程序扩展性和灵活性较差。
⑤数字信号处理器。
数字信号处理器（DSP：DigitalSignalProcesser）是集成极强数字信号处理能力和电动机控制系统所必需输入、输出、模数变换、事件捕捉等外围设备的能力的专用芯片。
是一个实时处理信号的微处理器。
具有体积小、功耗低、运算速度快等特点。
近年推出的超长指令字（VLIW）结构、超标量体系结构和DSP/MCU混合处理器是DSP结构发展的新潮流。
⑥可编程控制器。
早期可编程控制器以逻辑运算为主，不具有运动控制算法。
最新国家开放大学电大《数控机床》网络课单项选择题答案
最新国家开放大学电大《数控机床》网络课单项选择题答案单项选择题目1数控机床指的是（），对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
选择一项：a. 装备了PLC的机床b. 装备了APC的机床c. 装备了ATC的机床d. 装备了 NC或CNC 系统的机床题目2（）属于数控机床的机床本体。
选择一项：a. 光栅尺b. 伺服电机c. 自动换刀装置d. 床身题目3（）属于数控机床的反馈装置。
选择一项：a. 液压控制系统b. 自动换刀装置c. 伺服电机d. 光栅题目4（）属于数控机床的辅助装置。
选择一项：a. 床身b. 润滑装置c. 伺服电机d. 立柱题目5（）属于数控机床的伺服系统。
a. 自动换刀装置b. 数控装置c. 伺服电机d. 进给机构题目6（）是机床实现自动加工的核心。
选择一项：a. 伺服系统b. 机床本体c. 反馈装置d. 数控系统题目7按照工艺用途分类，数控铣床属于（）数控机床。
选择一项：a. 金属切削类b. 金属成形类c. 特种加工类d. 其他类型题目8按照运动轨迹控制分类，加工中心属于（）。
选择一项：a. 点位控制b. 轮廓控制c. 直线控制d. 远程控制题目9欲加工一条与X轴成60°的直线轮廓，应采用（）数控机床。
选择一项：a. 点位控制b. 以上答案都不对c. 直线控制题目10全闭环控制数控机床比开环及半闭环控制数控机床（）。
选择一项：a. 稳定性好b. 精度高c. 精度低d. 故障率低题目11（）数控机床只有控制信息的前向通道，没有检测装置，不具有反馈环节。
结构简单、调试方便、容易维修、成本较低，但其控制精度不高。
选择一项：a. 开环控制b. 轮廓控制c. 半闭环控制d. 全闭环控制题目12数控机床使用反馈装置的作用是为了（）。
选择一项：a. 提高机床的灵活性b. 提高机床的定位精度、加工精度c. 提高机床的安全性d. 提高机床的使用寿命题目13（）数控机床的反馈装置安装在数控机床终端移动部件上，其加工精度高，移动速度快，但调试和维修比较复杂，成本高。
基于PC的数控机床全闭环控制系统设计
基于PC的数控机床全闭环控制系统设计摘要随着科学技术水平的不断提高，现代制造业的发展越来越快速，数控机床得到了普遍运用，并且对数控机床的定位精度与重复定位精度提出了更高的要求。
构建一个实时控制、在线检测的数控机床全闭环控制系统，可以有效反馈数控系统的检测信号，实现实时切削加工参数调整，进而提高加工零件精度。
本文在分析数控机床全闭环控制系统提出的基础上，阐述全闭环控制系统硬件与软件的设计，进一步强化数控机床的控制系统。
关键词：PC；数控机床；全闭环控制系统；设计现阶段，提高数控机床加工精度的有效手段就是采用全闭环控制系统。
全闭环主要就是在机床运动部件上进行采样点数据的直接读取，对采样运动部件的位置进行实时检测，进而减小或者消除传动与放大环节的间隙与误差，提高控制精度。
为此，在设计数控机床控制系统的时候，一定要在PC基础上，运用全闭环概念，促进数控机床的广泛应用。
1.提出数控机床全闭环控制系统1.1 传统控制系统的缺陷数控机床传统控制系统就是半闭环控制系统，通过反馈采样运动部件的速度与位置完成伺服控制，在具体加工过程中，数控机床控制系统中出现的加工数值就是数控机床本身运动精度，无法对零件的适时精度进行反映。
尽管加工过程实现了自动化操作，但是加工精度缺乏自适应控制，所以，需要对此进行改进。
1.2 全闭环控制系统数控机床的自适应控制就是全闭环伺服控制，其事实上就是在实际加工变量实时控制与在线检测的基础上，对切削速度、进给量等加工参数进行有效调整。
如此一来，不仅可以降低数控机床状态变化与外界因素对加工过程的影响，还可以对加工过程进行优化，实现了加工产品质量与生产效率的提高，值得在数控机床中推广应用。
采用全闭环控制系统的数控机床加工流程为：安装工件-按下启动按钮-定位支架、刀具-开始加工-刀具磨损、振动、轴精度确定及在线检测-检测信号的采集与调整-检测信号的接收与传输-上位机分析与判定，如果上位机判定为合格，才可以继续加工，直到完成；如果上位机判定为不合格，需要返回到刀具磨损、振动、轴精度确定及在线检测环节，重新加工，直到合格为止。
基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计
基于运动控制卡的多轴联动控制系统设计摘要：现阶段，随着现代化建设的发展，工程领域的发展也越来越迅速。
基于PC机和运动控制卡的主从式控制结构，开发了一种面向多任务请求的多轴联动控制系统。
详细介绍了系统硬件架构。
借助VS集成开发环境，开发Windows环境下的多轴联动控制系统，并实现了多轴联动的任意轨迹插补运动，验证了该系统的可靠性和稳定性。
关键词：运动控制卡；多轴联动控制；系统设计引言伺服电机常见的控制方式多为单片机控制、DSP控制、AＲM控制以及PLC控制等。
这些控制方式的实现较为复杂，需从底层开发做起，配线复杂，开发周期长。
而通讯运动控制的方式可以避免传统脉冲控制方式带来的系统兼容性和稳定性问题。
设计的多自由度煤样抓取系统作为机电一体化设备，其控制核心在于多轴联动插补运动。
本文设计了基于运动控制卡的开放式多轴联动控制系统，其核心技术在于开放式模块体系结构平台与多轴运动伺服控制系统。
控制系统的整体架构以PC机为支撑单元，以运动控制卡为控制单元，以伺服电机为执行单元。
采用DMCNET通讯控制的方式，实现多轴高速联动，以满足多工位、多任务、多目标的机械手动态调度需求。
基于MicrosoftVisualStudio开发平台，层次化构建各系统功能模块，开发了软件系统。
1硬件控制系统设计硬件控制系统主要包含PC机、运动控制卡、伺服系统以及各类反馈传感器。
该架构易于保证系统进行模块化和开放式设计，增强系统的扩展性。
PC机是系统的上位机管理层，负责搭建系统数据库，系统的控制指令以及数据信息均需经过数据库进行存储与处理。
用于内嵌PID控制算法实时处理运动数据信息，通过建立PC机与运动控制卡间的通讯，精确调整电机转速，完成机械手终端的路径规划。
此外PC机还用于机交互界面的管理以及多轴联动系统的监控。
运动控制卡通过PCI插槽内嵌在PC机中，系统采用PCI总线型运动控制卡－PCI－DMC－B01。
PCI总线传输效率高，支持即插即用，数据吞吐量大。
伺服全闭环控制原理
伺服全闭环控制原理
伺服全闭环控制是一种基于反馈的控制方式。
它通过对电机旋转角度的测量，将测量结果与期望旋转角度进行比较，从而生成控制信号，实现对电机运动的精确控制。
具体来说，这种控制方式包括三个基本组成部分：传感器、控制器和执行机构。
传感器用于测量电机的旋转角度；控制器将测量结果与期望旋转角度进行比较，并生成控制信号；执行机构则根据控制信号控制电机转动。
这种控制方式具有较高的控制精度和稳定性，广泛应用于各种精密控制系统中，如机床、自动化生产线等。
基于多体动力学的运动控制系统设计与仿真
基于多体动力学的运动控制系统设计与仿真一、引言动力学是研究物体运动规律的学科，而多体动力学则是研究多个物体之间相互作用下的运动规律。
在众多领域中，如机械工程、航空航天、汽车工程等，多体动力学的应用十分广泛且重要。
本文将品析基于多体动力学的运动控制系统设计与仿真的过程和相关技术。
二、多体动力学多体动力学是研究多个物体在相互作用力的作用下所产生的运动规律的学科。
它是从牛顿力学推导而来的，通过建立物体之间的运动方程，求解这些方程来获得物体的位移、速度和加速度等物理量。
多体动力学的研究对象通常具有复杂的结构和运动方式，如机器人、飞机、汽车等。
三、运动控制系统设计运动控制系统设计是基于多体动力学理论和控制原理，结合具体应用需求，设计出适合特定任务的运动控制系统。
一个完善的运动控制系统需要包括运动控制器、传感器、执行机构等组成部分。
其中，运动控制器负责接收传感器信息、执行控制算法，并输出控制指令驱动执行机构进行相应的运动。
在运动控制系统设计中，关键的一步是建立多体系统的模型。
根据具体应用的要求和系统特点，可以选择不同的建模方法。
常见的建模方法有拉格朗日法、牛顿-欧拉法、有限元法等。
建模的目的是描述物体之间的相互作用关系以及受力情况，为后续的控制算法设计提供基础。
根据多体系统的模型，可以进行运动仿真。
通过求解多体系统的运动方程，可以获得物体的运动轨迹和其他相关物理量。
仿真软件可以有效地模拟多体系统的运动过程，在设计和优化控制算法时起到关键作用。
仿真结果可以进行动态分析和可视化展示，帮助分析系统的性能和评估系统的控制策略。
四、多体动力学的控制方法基于多体动力学的运动控制系统设计中，控制方法的选择和设计是关键。
常见的控制方法有经典控制和优化控制两种，根据实际需求和控制目标选择合适的方法。
在经典控制方法中，常用的有位置控制、速度控制和力控制等。
而在优化控制方法中，常用的有模糊控制、神经网络控制和遗传算法控制等。
位置控制是指通过控制物体的位置来达到预定目标位置的控制方法。