运动控制及其相关技术架构V0.4(初级)
运动控制和相关技术架构V04(初级)
技术手段
控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，
对工业生产过程实现
检测、控制、优化、调度、管理和决策，
达到
研究范围 预期目标
增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全
等目的的综合性技术，
主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
工业自动化的发展趋势
一、 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流 二、 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展 三、 面向测控管一体化设计的DCS系统 四、 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展 五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方
闭环算法 增益调整
MPC6535 MPC6536
MPC6575
运控与驱动集成 热设计、集成测试
DSP+FPGA 硬件同步 速度前瞻
PCI总线 底层驱动
主USB、串口 指令协议 G代码
MPC03
MPC6515
点胶
MPC05 嵌入式技术
MPC7410 MPC2810
LT7310
多任务、指令集 现场总线
指令硬缓冲 S型速度
……
速度寄存器 位移寄存器
……
脉冲/方向 模拟电压
……
设计文件 加工数据 运动指令
微指令 信号
数据提取 轨迹优化
坐标转换 运动规划
速度前瞻 插补算法
脉冲序列 I/O逻辑
四、运动控制器产品线和技术线分析
可靠性 矢量S型速度
系统集成 MPC6610
机器人 机器视觉 嵌入PLC ……
示教机器人
从USB
ISA总线 专用运控芯片 运控基本逻辑 运控指令系统
激光 MPC02
通用
运动控制技术课程解析
运动控制技术课程解析运动控制技术课程解析1.引言运动控制技术是现代工业中至关重要的一项技术。
它涉及到机器人、自动化系统、制造过程和许多其他领域中的运动控制。
本篇文章将深入分析运动控制技术课程的各个方面，评估其深度和广度，并提供有价值的高质量内容。
2.运动控制技术的基础概念2.1 运动控制的定义和背景运动控制是通过电气、机械和计算机技术来管理和控制机械系统中的运动。
通过运用传感器、执行器和控制器，运动控制技术可以实现高精度、高效率的动作。
2.2 运动控制系统的组成运动控制系统由三个主要组成部分构成：传感器、执行器和控制器。
传感器感知系统中的物理变量，如位置、速度和加速度。
执行器通过传感器提供的信息，执行操作以实现所需的运动。
控制器接收传感器的反馈信息，并基于预设的算法和规则，生成控制信号来实现期望的运动。
3.运动控制技术的应用领域3.1 工业自动化运动控制技术在工业自动化领域具有广泛的应用。
它可以用于机器人控制、生产线控制和物流系统控制等。
3.2 制造业与加工运动控制技术在制造业中可以提高生产效率和产品质量。
通过精确的运动控制，可以实现高速加工、精密切割和精确定位等操作。
3.3 医疗领域在医疗领域，运动控制技术被广泛应用于手术机器人和康复设备等。
它可以帮助医生完成精确的手术操作，同时提高患者的康复效果。
4.运动控制技术课程的学习内容4.1 控制理论基础学习运动控制技术的第一步是掌握控制理论的基础知识。
包括反馈控制、开环控制、PID控制器和状态空间等。
4.2 传感器与执行器学习运动控制技术需要了解各种传感器和执行器的工作原理和应用。
位置传感器、速度传感器、伺服电机和步进电机等。
4.3 运动控制算法学习运动控制技术还需要了解运动控制算法，如位置控制、速度控制和力控制。
这些算法用于生成控制信号，以实现所需的运动。
5. 运动控制技术的挑战与前景5.1 挑战运动控制技术面临一些挑战，如精度要求高、实时性要求高和对控制系统的性能要求高等。
运动控制技术基础
运动控制系统概述什么是运动控制？简单地讲，运动控制就是通过机械传动装置对运动部件的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数（如速度、加速度参数等）完成相应的动作。
运动控制系统的构成部件上位计算机：PC机运动控制器专用运动控制器开放式结构运动控制器驱动器：全数字式驱动器电机步进电机伺服电机：直流伺服电机、交流伺服电机、直线电机 反馈元件位置反馈元件：角度、位移速度反馈元件传动机构：齿型带；减速器；齿轮齿条；滚珠丝杠。
运动控制系统的典型构成运动控制系统的典型构成运动控制系统的典型构成运动控制系统的典型构成电机控制基本知识常见的控制电机步进电机两相三相五相伺服电机直流伺服电机交流伺服电机直线电机步进电机步进电机是一种将数字式电脉冲信号转换为角位移的机电执行元件。
步进电机的工作原理Figure : Rotation in a stepper motor is generated by alternately步进电机的工作原理固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的工作原理(续3）整步运行图固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的工作原理(续4）半步运行模式:A相通 B相通 P点 Q点 H点A、B相同时通Both IA = 1IB = 1PHQIA 1 1 0 -1 -1 -1 0 1 1IB 0 1 1 1 0 -1 -1 -1 0Angle (deg)0 0.9 1.8 2.7 3.6 4.5 5.4 6.3 7.2固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的工作原理(续5）半步运行固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的工作原理(续6）微步运行模式—细分运行模式电机旋转的位置随A相和B相绕组中的电流的 比例而变化IA = 1 IB = 1PGQ固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的控制脉冲/正脉冲 运动控制 器 驱动器 方向/负脉冲 步进 电机运动控制器：产生脉冲和方向信号 驱动器：脉冲环行分配、电流放大固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的优点低成本 控制简单，能直接实现数字控制 开环控制，位移与脉冲数成正比，速度与脉 冲频率成正比 结构简单，无换向器和电刷，坚固耐用 抗干扰能力强 无累积定位误差（一般步进电机的精度为步 进角的3-5%，且不累积 ）固高科技有限公司运动控制技术系列讲座步进电机的缺点单步响应中有较大的超调量和振荡 承受惯性负载能力差，仅适用于负载惯量与电机转子 惯量比低的运行情况 （惯量比小于3） 转速不够平稳，粗糙的低速特性 不适合于高速运行 自振效应 高速时损耗较大 低效率，电机过热（机壳可达90℃） 噪音大，特别在高速运行时 当出现滞后或超前振荡时，几乎无法消除 可选择的电机尺寸有限 ，输出功率较小 位置精度较低固高科技有限公司运动控制技术系列讲座直流伺服电机工作原理• 通电线圈与磁场的相互作用产生了伺服电机的转矩固高科技有限公司运动控制技术系列讲座直流伺服电机工作原理（续1）加于直流电机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用， 使直流电机电枢线圈流过的电流，方向是交变的，从而使 电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动朝确 定的方向连续旋转。
运动控制系统课程教学大纲
运动控制系统课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：201404110课程中文名称：运动控制系统课程英文名称：Motion Control System课程性质：专业核心课程考核方式：考试开课专业：自动化开课学期：6总学时：48（其中理论40学时，实验8学时）总学分：3二、课程目标目标1:掌握运动控制系统的基本工程原理、工程方法和交直流调速系统的专业知识，通过文献分析研究对自动化工程领域、船舶控制工程领域相关的复杂工程问题提出解决方案，获得有效结论。
（对应指标点2-3）目标2:能够运用直流、交流调速系统的原理及专业知识，针对自动化工程领域、船舶控制工程领域相关的调速系统的复杂工程问题进行研究。
（对应指标点4-1）通过本课程的教学，使学生掌握运动控制的基本理论和交直流调速系统的基本调节规律；具备使用闭环系统分析方法分析调速系统的静、动态特性问题，对交直流调速系统有深入理解及实际工程应用能力；具有应用运动控制理论解决交直流调速系统控制问题的能力，并将其用于解决船舶控制及自动化科学技术领域的交直流调速系统功能及指标等问题。
三、教学基本要求1、通过学习运动控制系统的专业知识，能够将电力电子技术、电机及拖动基础、自动控制理论等专业基础知识较好的融合起来，掌握直流电动机转速单闭环控制系统的原理和控制规律，掌握直流电动机转速、电流双闭环控制系统的原理和控制规律，掌握调速系统静态指标和动态指标的意义，能够应用直流电机和交流电机调速的基础理论和闭环控制的分析手段、方法，对船舶控制及自动化工程领域交直流调速系统中的复杂问题进行分析。
（对应目标1）2、通过所学的专业知识，理解交直流调速设备制造和使用过程中不同控制方法对调速系统性能的影响。
理解PWM、SPWM、SVPWM以及矢量控制等技术手段和控制方法对交直流调速系统提高性能指标的价值和意义，具有对船舶控制及自动化工程领域中涉及调速系统的复杂工程问题进行研究的能力。
（对应目标2）四、教学内容与学时分配1 绪论（2学时）基本要求：了解运动控制系统的发展，掌握负载转矩特性。
运动控制技术
运动控制技术与运用指导教师：***班级：机自112班姓名：***学号：************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。
运动控制技术高职教材
运动控制技术高职教材运动控制技术是现代工业自动化领域中不可或缺的重要技术之一。
它通过对运动的控制和调节，实现机械设备的运转，并提高生产效率和产品质量。
本文旨在深入探讨运动控制技术的相关知识，以期为广大读者提供一份全面的高职教材。
一、运动控制技术的概述运动控制技术是指通过对运动物体进行力、位置和速度的控制，实现运动目标的技术。
它主要包括了运动控制系统的硬件组成和软件开发，运动控制器的选择和参数调节等内容。
运动控制技术应用广泛，包括了机械加工、机械装配、自动化生产线等领域。
二、运动控制系统的硬件组成运动控制系统的硬件组成是实现运动控制技术的重要基础。
它一般包括了运动控制器、执行器和传感器等组件。
其中，运动控制器是核心设备，负责控制运动的速度和位置。
执行器作为驱动和控制运动的装置，传感器则负责实时采集运动的状态和位置信息。
三、运动控制系统的软件开发运动控制系统的软件开发是运动控制技术的重要环节之一。
它主要涉及了运动控制算法的设计和实现，以及软件的测试和调试等方面。
其中，运动控制算法的设计需要考虑到不同运动模式下的控制效果和稳定性，实现最佳的运动控制效果。
四、运动控制器的选择和参数调节运动控制器的选择和参数调节对于运动控制技术的实现和性能起着关键作用。
在选择运动控制器时，需要考虑到其控制精度、响应速度和稳定性等指标。
同时，在参数调节时需要根据实际需求和运动特性进行适当的调整，以提高运动控制系统的性能。
五、运动控制技术在机械加工中的应用运动控制技术在机械加工领域中具有重要应用价值。
它可以实现对机床的精确控制，提高加工精度和加工效率。
此外，运动控制技术还能够应用于复杂曲面的加工和自动化装配等工艺，进一步提高生产效率。
六、运动控制技术的发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，运动控制技术也在不断发展。
未来，运动控制技术将更加注重智能化和自动化，实现更高精度、更稳定的运动控制效果。
同时，也需要加强运动控制系统的安全性和可靠性，以满足不同行业的需求。
MPC2812E运动控制器用户手册说明书
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前言感谢购买MPC2812E 运动控制器！MPC2812E 是从本公司研制的一款高性能通用控制器。
本手册介绍了关于MPC2812E 的规格、使用方法，使用前请充分理解MPC2812E 的使用功能。
安全警告注意以下警告，以免伤害操作人员及其他人员，防止机器损坏。
◆下面的“危险”和“警告”符号是按照其事故危险的程度来标出的。
◆下列符号指示哪些是禁止的，或哪些是必须遵守的。
常规安全概要请查看下列安全防范措施以避免受伤害并防止对本产品或任何与其相指示一个潜在的危险情况，如果不避免，将导致死亡或严重伤害。
危险指示一个潜在的危险情况，如果不避免，将导致轻度或中度伤害，或物质损坏。
这个符号表示禁止操作。
这个符号表示须注意的操作。
警告连接的产品造成损伤。
为避免潜在的危险，请仅按详细说明来使用本产品。
使用正确的电源线。
请使用满足国家标准的电源线。
正确地连接和断开。
先将控制卡输出连接至转接板，再将电机、驱动器连接到转接板，最后开启电源。
断开时先关闭外部电源，再断开电机、驱动器与转接板的连接，最后断开控制卡与转接板的连接。
当有可疑的故障时不要进行操作。
如果您怀疑本产品有损伤，请让有资格的服务人员进行检查。
不要在的湿的/潮湿环境下操作。
不要在爆炸性的空气中操作。
保持产品表面清洁和干燥。
防止静电损伤。
静电释放（ESD）可能会对运动控制器及其附件中的元件造成损伤。
为了防止ESD，请小心处理控制器元件，不要触摸控制器上元器件。
运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述
运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述运动控制起源于早期的伺服控制。
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。
早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。
早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。
这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。
这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。
这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。
运动控制的定义运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。
运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。
运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。
运动控制系统的基本架构组成一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。
许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。
一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。
更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。
一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。
一个反馈传感器如光电编码器，旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。
众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。
运动控制-运动学基础精品课件
低层：脑干和脊髓，与执行动作相关，包括激活运动神经 元和中间神经元，产生目的性动作并对姿势进行必要的调 整。
反射运动 模式化运动 随意运动
运动模式化理论
10
11
儿童运动发育与患者功能恢复路径
反射运动
模式化运动
脏束Βιβλιοθήκη 运，动终核 。
止 于
1.临床综合症-前束综合症 anterior cord syndrome 脊髓前部损伤 损伤平面以下运动(皮质脊髓束)和温痛觉（脊髓丘脑 束）丧失 本体感觉存在（薄束和楔束）
2.临床综合症-后束综合症 posterior cord syndrome 脊髓后部损伤 损伤平面以下本体感觉丧失（薄束和楔束） 运动(皮质脊髓束)和温痛觉（脊髓丘脑束）存在 此症最为少见
随意运动
随意运动
模式化运动
反射运动
高级运动功能的发展
12
运动模式化理论
运动的三种形式：反射性运动、随意运动、模 式化运动，三种运动可互相转换。
1.反射性运动：运动形式固定，反应迅速，不 受意识控制，主要在脊髓水平控制。
2.随意性运动：整个运动过程均受主观意识控 制，可以通过运动学习过程不断提高，并获得 运动技巧。
原发性脊髓损伤 • 脊髓休克、 • 脊髓挫伤、 • 脊髓断裂 继发性脊髓损伤 • 水肿、出血、受压
脊髓休克
脊髓受到外力作用后短时间内脊髓功能完全 消失，持续时间一般为数小时至数周，偶有数月 之久 此期间无法对损害程度作出正确的评估，脊 髓休克消退以后中枢神经系统实质性损害才能表 现判断脊髓休克的指标 球-肛门反射，刺激龟头（男）或阴蒂（女） 引起肛门括约肌反射性收缩 该反射一旦出现，提示脊髓休克已经结束
【PPT】什么是运动控制系统.
运动控制系统的发展过程及应用（续）
早就普遍应用于恒速运行场合的交流电机可以弥补直流电机的不 足，加之世界范围的能源短缺，人们又开始了新一轮的交流调速的 研究。仅对占传动总量三分之一强的风机、水泵设备而言，如果改 恒速为调速的话，就可节节电30%左右。近三四十年来，随着电力 电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展，为交流调速产品的 开发创造了有利的条件，使交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳 速精度、快速动态响应和四象限运行等良好的技术性能，并实现了 产品的系列化，从调速性能上完全可与直流调速系统相媲美。目前 交流调速系统已占据主导地位。 当今社会，运动控制系统的应用已相当普及，不论是民用还是军 用。在工厂、农村以及大多数家庭中，到处可以看到以电动机为动 力的各种生产机械或家用电器。例如：轧钢厂的连轧机，加工车间 的切削机床，造纸厂的纸机，纺织厂的纺织机，化工厂的搅拌机和 离心机，搬运场的起重机和传送带，矿山的卷扬机，田间的抽水泵， 家庭中的冰箱、空调、洗衣机以及电脑等。
图0.1 运动控制系统的基本结构
图中的三个主要组成部分是构成运动控制系统所必需的，而 且也是变化多样的。任何一部分微小的变化都可构成不同的 运动控制系统，这些不同系统的共性和特点以及它们的分析 和设计方法就是本课程研究的主要内容。我们把每一部分可 能的变化列于表0.1中。
表中各部分的不同组合，可以构成不同的运动控制系统。电动机部分、功率驱动部分 和控制器中的大部分内容分别在其他课程中有介绍，但它们组合成完整的运动控制系统以 后，有哪些新的控制要求，如何分析系统的性能，如何设计控制器使系统达到较高的性能 指标，在实际应用中存在哪些具体问题，以及如何解决等，这些都是个课程要解决的问题。
0.1 什么是运动控制系统
按中国大百科全书的解释，运动是物质的固有性质和 存在方式，是物质所固有的根本属性．没有不运动的物 质，也没有离开物质的运动、这是基于哲学的解释。与 中文“运动”对应的英义词汇有“movment”和 “motion”，按照大英百科全书的解释，运动是一个物 体相对于另一个物体或相对于一个坐标系统的位置的变 化、这是基于运动学的定义。运动涉及宇宙万物、大到 遥远的天体，小到物质内部的质子和电子，对这些运动 的研究覆盖了整个科学技术领域。 本课程所指的运动(motion)和运动控制系统(motion control system)是近10多年来在国际上流行的一个技术 术语，它源于一种狭义的、约定俗成的共识，即它的主 要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动 力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。
运动控制系统(第4版)第1章 绪论
第1章 绪论
• 1.4.3 风机、泵类负载特性
第1章 绪论
• 何时刻只能执行一条指令，属于串行运行方式，其滞后时间 比模拟控制器大得多，在设计系统时应予以考虑。
• 1.1.4 信号检测与处理
• 运动控制系统中常需要电压、电流、转速和位置的反馈信号， 为了真实可靠地得到这些信号，并实现功率电路（强电）和 控制器（弱电）之间的电气隔离，需要相应的传感器。电压、 电流传感器的输出信号多为连续的模拟量，而转速和位置传 感器的输出信号因传感器的类型而异，可以是连续的模拟量， 也可以是离散的数字量。由于控制系统对反馈通道上的扰动 无抑制能力，所以，信号传感器必须有足够高的精度，才能 保证控制系统的准确性。
第1章 绪论
• 1.4 生产机械的负载转矩特性
• 对运动控制系统而言，生产机械的负载转矩是一个必然存在 的不可控扰动输入，生产机械的负载转矩特性直接影响运动 控制系统控制方案的选择和系统的动态性能。为了对运动控 制系统作全面的了解，便于系统设计和调试，常归纳出几种 典型的生产机械负载转矩特性。 • 1.4.1 恒转矩负载特性 • 负载转矩TL的大小恒定，与ωm或n无关，称做恒转矩负载， • TL = 常数 （1-4） • 恒转矩负载有位能性和反抗性两种。位能性恒转矩负载由重 力产生，具有固定的大小和方向，如图1-3a所示。反抗性恒 转矩负载的大小不变，方向则始终与转速反向，如图1-3b。
第1章 绪论
• 1.1.2 功率放大与变换装置 • 功率放大与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型等，现 在多用电力电子型的。电力电子器件经历了由半控型向全控 型、由低频开关向高频开关、由分立的器件向具有复合功能 的功率模块发展的过程。电力电子技术的发展，使功率放大 与变换装置的结构趋于简单、性能趋于完善。 • 晶闸管（SCR）是第一代电力电子器件的典型代表，属于半 控型器件，通过门极只能使晶闸管开通，而无法使它关断。 该类器件可方便地应用于相控整流器（AC→DC）和有源逆变 器（DC→AC），但用于无源逆变（DC→AC）或直流PWM （脉宽调制）方式调压（DC→DC）时，必须增加强迫换流回 路，使电路结构复杂。
运动控制系统 第四版 阮毅 陈伯时主编
I
（2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。
n n0
nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
（3）调磁调速
2.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
2.1 直流调速系统用的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直 流调速系统的主要方法，而调节电 枢电压需要有专门向电动机供电的 可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流 电源。
常用的可控直流电源有以下三种 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，以获得可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产 生可变的平均电压。
• 逆变颠覆限制
通过设置控制 电压限幅值， 来限制最大触 发角。
O
图1-8 相控整流器的电压控制曲线
2.2.2 电流脉动及其波形的连续与断续
由于电流波形的脉动，可能出现电流连续 和断续两种情况，这是V-M系统不同于G-M系 统的又一个特点。当V-M系统主电路有足够大 的电感量，而且电动机的负载也足够大时，整 流电流便具有连续的脉动波形。当电感量较小 或负载较轻时，在某一相导通后电流升高的阶 段里，电感中的储能较少；等到电流下降而下 一相尚未被触发以前，电流已经衰减到零，于 是，便造成电流波形断续的情况。
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。
台达CODESYS运动控制方案说明书
目录台达 CODESYS 运动控制方案产品介绍运动控制器现场装置人机界面软件硬件规格选型说明产品信息台达 CODESYS 运动控制方案自动化和数字化在智能制造时代中扮演重要的角色。
机械制造商为了增加竞争力，积极寻找可以快速扩展设备开发和应用的方法，以减少机台建造所需投入的时间和人力。
台达和 CODESYS 集团合作，开发以CODESYS 平台为基础的全新运动控制解决方案。
CODESYS 平台为一符合IEC 61131-3标准且容易上手的整合平台。
此平台丰富的运动控制功能可以支持全球使用者多样化的应用，并方便落实到现有设备。
台达 CODESYS 运动控制方案整合PLC 、HMI 、和运动控制器的控制功能，并将其运用在不同的新产品中，包括PC-Based 运动控制器AX-864E 系列和PLC-Based 运动控制器AX-308E 系列。
此方案通过EtherCAT 运动总线，可同步控制台达交流伺服驱动器ASDA-A3-E 、ASDA-B3-E 、ASDA-A2-E 等系列、精巧标准型矢量控制变频器MS300 / MH300系列、泛用型矢量控制变频器C2000 Plus 系列、远端模块R1-EC 系列和DVP EtherCAT 远端I/O 模块。
完善、整合性高的台达 CODESYS 运动控制方案，可满足多样的应用需求。
PC-Based 运动控制器AX-864E 系列PLC-Based 运动控制器AX-308E 系列伺服驱动器PC-Based PLC-Based人机界面远端I/O 模块變頻器ASDA-A2-EASDA-A3-EASDA-B3-EAX-864EAX-308EDOP-100R1-ECDVP(EtherCAT 远端I/O 模块)C2000 PlusMH300MS300软件运动控制器现场装置●使用符合国际 IEC 61131-3 规范的CODESYS SoftPLC 开发软件和SoftMotion ●最多可支持 64 轴●无排线、无风扇的标准工业计算机等级架构 ●Intel x86 CPU●内置安全IC 系统，提升软硬件安全性 ●低电压检测机制和资料覆写功能 ●内置8组高速输入/输出接口●适合运用于工业机器人、木工、印刷、包装、印刷等行业●AX-308E CPU 最多可支持 8 轴 EtherCAT 伺服 (最短同步时间: 8轴 / 2 ms )●支持台达PLC AS 系列电源、数字IO 、模拟IO 和温度扩展模块 ●高效能: 基本指令的最短执行时间为5 ns●提供常用指令如位置、速度、扭矩、多轴补间、E-gear 、ECAM 等指令●内置16组DI 、8组DO 、2组增量编码器、SSI 绝对型编码器、RS232/485、Ethernet 和EtherCAT 通讯接口PC-Based 运动控制器AX-864E支持EtherCAT 通讯协议和基于CODESYS 的编辑软件，提供全面和整合的运动控制解决方案PLC-Based 运动控制器AX-308E支持 EtherCAT 通讯协议和基于CODESYS 的编辑软件，提供不同行业实时弹性的运动控制解决方案运动控制器现场装置交流伺服系统符合IEC 61158和IEC 61800-7现场总线标准；支持CiA402规格中所有CoE 模式和各项EtherCAT 命令模式ASDA-A2-EASDA-B3-EASDA-A3-E●CODESYS 原厂认证●通过ETG (EtherCAT Technology Group)兼容性测试认证 ●支持绝对型和增量型编码器伺服电机 ●支持高速位置抓取功能●ASDA-A3-E 和ASDA-A2-E 内置符合SIL2 (IEC EN 61508 & IEC 62016) / Cat. 3 PL=d (ISO 13894-1)标准的安全扭矩停止功能 (STO, Safe Torque Off)●高阶交流伺服驱动器●同步周期短，适用于多轴高速同步控制 ●支持绝对型和增量型ECMA 系列电机●电机功率范围: 200 V 100 W ~ 3 kW 、400 V 400 W ~ 7.5 kW●标准型交流伺服驱动器●3.1 kHz 速度响应频宽，缩短40%整定时间 ●高速轴间资料交换，提供简易龙门控制功能 ●兼容 A2 / B2 / A 3 系列电机，替换方便●电机功率范围: 200 V 100 W ~ 3 kW●高效能运动控制型交流伺服系统 ●3.1 kHz 速度响应频宽，提升设备产能●全新的挠性结构补偿和低频抑制功能，确保机台稳定度和缩短整定时间●薄型化设计，节省电器柜安装空间●电机功率范围: 200 V50 W ~ 15 kW台达 CODESYS 运动控制方案产品介绍精巧高效型 / 标准型矢量控制变频器MH300 / MS300体积精巧，内置安全扭矩停止功能STO 和EMC 滤波器，整合PLC ，支持多样的通讯协定和I/O 扩展模块高效能泛用型矢量控制变频器C2000 Plus精准的速度/扭矩/位置控制模式，内置PLC ，适用于有感测器/无传感器的同步与异步电机●功率范围: 115 V 0.2 kW ~ 0.75 kW 、230 V 0.2 kW ~ 15 kW 、460 V 0.4 kW ~ 22 kW●支持感应电机与永磁电机，开环/闭环控制 ●最高输出频率: 最高 2000 Hz / 1500 Hz●内置符合SIL2 (IEC EN 61508 & IEC 62016) /Cat.3 PL d (ISO 13894-1)标准的安全扭矩停止功能 STO (Safe Torque Off) ●內建PLC (5K / 2K steps)● 支持多样的通讯协定: Modbus 、CANopen 、EtherCAT 、PROFIBUS DP 、DeviceNet 、Modbus TCP 、EtherNet/IP●电源模块: 连接EtherCAT 从站模块与100 BASE-TX EtherCAT 网络 ●数字输入模块: 16点Sink/Source 数字输入模块; 1 ms 和2 ms 的反应时间●数字输出模块: 6点数字输出模块; 输出电流：sink 型模块每点0.5 A ，source 型模块每点0.25 A ●ADC 模块: 4通道16-bit A / D 输入; DAC 模块: 4通道16-bit D / A 输出 ●运动模块: 单轴脉冲输出●手轮模块: 单通道手轮输入，4 / 6轴控制●EtherCAT 耦合器RTU-ECAT :内置2个EtherCAT 通讯端口，最多可支持8个DVP 薄型I/O 模块●数字输入模块: 支持8 / 16 / 32点NPN / PNP 输入 ●数字输出模块: 支持8 / 16/ 32点NPN / PNP/继电器输出●数字I/O 模块: 8点数字输入和8点数字输出，支持不同型态的输入/输出格式 ●模拟输入模块: 4 / 6通道，支持mA / V 输入 ●模拟输出模块: 2 / 4通道，支持mA / V 输出●数字I/O 模块: 4通道数字输入和2通道数字输出模块，支持mA / V 输入/输出型式●温度模块: 2 / 4 / 6 / 8通道，支持RTD 、热电偶和NTC 输入(注：详细信息请参照DVP 系列PLC 型录)●功率范围: 230 V 0.75 kW ~ 90 kW 、460 V 0.75 kW ~ 560 kW ●高过载承受度: 150 % / 60 秒和180 % / 3 秒，适用于恒定转矩应用 ●内置PLC (10k steps) ●支持点对点位置控制●采用3C3标准PCB 涂层，可确保变频器在恶劣环境下安全可靠运行●内置Modbus ，支持通讯扩展卡: CANopen 、EtherCAT 、ROFINET 、PROFIBUS DP 、DeviceNet 、Modbus TCP 、EtherNet/IP远端I/O 模块R1-EC ( AX-864E 适用)耐用精巧的E-bus 从站模块，适用于高精度和高需求的产业应用远端I/O 模块RTU-ECAT (PLC DVP 薄型RTU 方案)适合多种应用的精巧EtherCAT 远端I/O模块方案现场装置台达 CODESYS运动控制方案产品介绍1 ms(sink/source)反应时间(sink/source) 反应时间制造设备程序控制第三方控制器AX-864EAX-308EEthernet运动控制编程软件 - Softmotion●支持单轴和多轴运动(主/从轴运动和凸轮控制) ●使用PLCopen 认证的POU库，编辑运动控制功能●图形化CAM 编辑软件整合配置、编程、编译、和调适功能; 无缝整合传统和系统性的编程方式●在SoftPLC 和控制器的runtime 模拟模式下显示应用资料 ●在监视列表中监看指定的数值●直接在对应的编辑器中读、写、和强制设定变量●单步或单周期执行程序码支持标准 IEC 61131-3 编程●结构化文本 (ST)●梯形图 (LD)工作与除错●功能块 (FBD)●顺序功能图 (SFC)产品信息电源输入接口DC 24 V (±15 %)SSI编码器输入接口SD 卡槽HDMI输出接口Gigabit LAN 接口(Modbus TCP / OPC UA)USB EtherCAT接口连接现场装置电源输入接口DC 24 V (±15 %)8组数字输入 / 8组数字输出OA / OB / OZ signalINC 编码器输入接口ABS SSI编码器输入接口外观说明外观说明137.4166.8141164153.2R2.5X2R1.4X2554.2PC-Based 运动控制器AX-864EPLC-Based 运动控制器AX-308E产品尺寸单位: mm产品尺寸单位: mm16组数字输入8组数字输出MicroSD 卡槽RS232 / 485接口EtherCAT接口增量型编码器输入接口 (×2)Ethernet接口连接现场装置硬件规格2021型号说明AX-864E P0MB1T产品类型AX - 3 系列AX - 8 系列I/O: (晶体管) T: NPN可控制轴数。
运动控制技术及应用 教材
运动控制技术及应用教材运动控制技术是指通过控制系统对运动对象进行精确控制和调节的技术。
它广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天、汽车、医疗设备等领域。
以下是一本关于运动控制技术及应用的教材的详细介绍。
《运动控制技术及应用》是一本系统介绍运动控制技术原理和应用的教材。
该教材主要分为以下几个部分：1. 引言部分，介绍了运动控制技术的基本概念、发展历程以及在工业自动化中的重要性和应用领域。
2. 运动控制系统，详细介绍了运动控制系统的组成和基本原理，包括传感器、执行器、控制器等各个组成部分的功能和作用。
3. 运动控制算法，阐述了常用的运动控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等，包括算法原理、实现方法和应用场景。
4. 运动控制器，介绍了常见的运动控制器，如PLC、DSP、FPGA等，包括控制器的特点、性能指标和选择方法。
5. 运动控制接口，讲解了运动控制系统与外部设备的接口方式和通信协议，如模拟接口、数字接口、以太网通信等。
6. 运动控制应用，以工业机械为例，详细介绍了运动控制技术在各个领域的应用，如伺服系统、步进系统、机器人控制等。
7. 实验案例，提供了一些实验案例，通过实际操作和仿真演示，帮助读者深入理解运动控制技术的原理和应用。
该教材采用了系统化的教学方法，结合理论与实践，旨在帮助读者全面了解运动控制技术的基本原理和应用方法。
同时，该教材还提供了大量的示例和习题，供读者进行巩固和拓展。
总结起来，《运动控制技术及应用》这本教材全面介绍了运动控制技术的基本原理、系统组成、控制算法、控制器选择、接口方式、应用领域等方面的知识。
通过学习这本教材，读者可以系统地掌握运动控制技术，并能够在实际应用中灵活运用。
《精品课件》运动控制课件 (1)
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模拟电路方式－－数字模拟电路方式－－全数字方式 数字控制器与模拟控制器相比，具有下列优点：
◆能明显地降低控制器硬件成本。 ◆可显著改善控制的可靠性。 ◆数字电路温度漂移小，不存在参数变化的影响，稳定性好。
◆硬件电路易标准化。 ◆为复杂控制算法的实现提供了坚实基础。
运动控制系统的微机数字控制，大体经历三个阶段∶ 第一个阶段: 系统的控制器主要采用具有单一数据处理功能的 微处理器(Microprocessor)。如Intel 8086 。 第二个阶段: 系统主要采用单片微型计算机(Micro－Controller) 和数字信号处理器(DSP)。如MCS-51系列和MCS-96系列单片机 ； 数字信号处理器(DSP)，如TMS320系列、MOTOROLA公司的 68000系列以及NEC公司的μPD7720系列等等 。 第三个阶段: 九十年代后期的具有单片机特点的数字信号处理器 。 1997年TI公司推出了面向电机控制领域的DSP芯片－－ TMS320C240(F240)芯片。
第三代器件的主要特点是采用MOS门极控制和集成化。其代表性器 件是功率MOSFET、IGBT和IPM
现代的电力电子变换装置中，PWM技术是目前主要采用 的变换器控制技术。
IPM（智能功率模块）
P
泵升电阻 (需外接)
VT1
VT3
B U
VT5
V
W
VT7
VT4
VT6
VT2
N
3．电动机方面
与直流电动机相比，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有一系列 突出的优点：制造成本低廉、重量轻、惯性小、可靠性和运行效率高、基 本上不用维修、能在恶劣的甚至是含有易爆性气体的环境中安全运行。正 是由于交流电动机有这些优势，使它在电力传动系统中的应用范围比直流 电动机广泛得多。据统计，
运动控制和学习ppt课件
运动控制卡广泛应用于各种自 动化设备和生产线，如包装机 械、印刷机械等。
运动控制器
运动控制器是一种集成了运动控 制算法和硬件接口的控制器，用
于实现多轴协调运动控制。
运动控制器通常采用高速计算机 或DSP等技术实现，具有强大的
计算和控制能力。
运动控制器广泛应用于数控机床、 机器人、自动化生产线等领域， 是实现高效、高精度加工的关键
伺服控制系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器三部分组成，具有快速响应、 高精度和高稳定性的特点。
伺服控制技术的应用范围广泛，包括数控机床、机器人、自动化生产线等领域。
步进控制技术
步进控制技术是一种通过控制步进电 机的步进角度来实现精确位置控制的 技术。
步进控制技术的应用范围也较广，如 打印机、扫描仪、自动化设备等。
位置、稳定性等。
学习控制的方法
监督学习
通过输入输出数据，学习 一个从输入到输出的映射 关系，实现对被控对象的 控制。
无监督学习
通过学习数据的内在规律 和结构，对被控对象进行 控制。
强化学习
通过与环境交互，学习如 何最优地选择行为以最大 化累积奖励，实现对被控 对象的控制。
学习控制的实现
数据采集
采集被控对象的输入输出数据 ，为学习提供数据支持。
设备之一。
03 学习控制理论
学习控制的概念
学习控制
指通过一定的控制策略， 使被控对象达到所期望 的性能指标，实现最优
控制。
控制策略
指在控制过程中所采用 的方法和手段，包括开 环控制、闭环控制、最
优控制等。
被控对象
指被控制的系统或设备， 可以是机械系统、电气
系统、化工系统等。
性能指标
现代运动控制技术 pdf
现代运动控制技术 pdf
现代运动控制技术是机电一体化的关键技术之一，它涉及到伺服驱动、运动控制系统结构、分析设计方法等多个方面。
以下是一些现代运动控制技术的发展趋势：
伺服驱动智能化、网络化：随着技术的发展，交流伺服系统的应用越来越广泛，伺服控制技术正朝着数字化、智能化方向发展。
数字式交流伺服系统因其符合数字化控制模式的潮流，调试和使用简便，而受到青睐。
伺服驱动器模块化、小型化：为了适应有限的时间和空间范围，提升自动化水平并降低应用成本，伺服产品正在变得更加小巧和模块化。
伺服驱动器多轴一体化：多轴一体化指的是一个伺服驱动器可以控制多个伺服电机，这种集成化的设计提高了系统的紧凑性和效率。
驱动一体化技术：驱控一体机集成了工业PC、运动控制和伺服驱动，这种一体化技术在工业机器人领域尤其盛行，被认为是该领域的热门话题。
单电缆伺服反馈技术：这项技术简化了伺服系统的布线，使得系统的安装和维护更加便捷。
值得一提的是，运动控制系统的应用领域非常广泛，包括包装、印刷、纺织和装配工业等。
运动控制技术的发展不仅提高了工业制造的精度和效率，而且也是智能制造和工业4.0的重要组成部分。
综上所述，现代运动控制技术的发展正朝着智能化、网络化、模块化和一体化的方向迈进，这些技术的发展极大地推动了工业自动化和智能制造的进步。
运动控制系统基础PPT课件
Servo Drive
Position Feedback To
Motion Controller
9
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伺服电机——抱闸的概念
伺服电机可以选择带有抱闸装置。 例如在垂直负载应用中，为了防 止在电机失电的情况下自由落体 状况的发生。 通常，在抱闸线圈通电的时候， 弹簧压紧，抱闸处于打开状态； 而当电机失电，抱闸在弹簧作用 下关闭，防止轴的坠落。 在其他需要的场合，也需要使用 抱闸电机。
Motor Power ( 3 phase) •Motor Current •Motor Voltage
−115VAC −230VAC −460VAC
Typical Servo Drive Line
Voltage
Servo Drive
•100-240VAC (Single Phase) •100-240VAC (3-Phase)
Motion Controller
Motion Software
8
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伺服电机——反馈的概念
Servo Motor Feedback 伺服电机反馈设备通常安装在电机上，用来提供实际位置 反馈给控制器，以确保位置精度。反馈类型的选择则取决于实际应用和用户需求。 目前有很多不同的反馈检测技术和产品可供选择。
Motor with Feedback
Motor Power
Position Feedback
Servo Drives 伺服驱动 接受运动控制器的指令信号，控制电机所提 供的速度和扭矩（电流），要完成这些，驱动器需要将主进线电能 转换成电机所需要的电压和电流，以完成营工控制要求。
Plant Power
伺服电机 驱动器 执行和传动机构 电机电流 电机电压 运动控制器 运动控制软件 行程限位 回零 抱闸
《运动控制技术基础(活页式教材)》电子教案2 项目14 应用速度控制模式实现伺服电机的速度闭环控制
10
1. 程序下载正确，PLC指示灯正常，5分； 2. 程序运行操作正确，能实现预定功能，5分。
1. S7-300 PLC模拟量输出的硬件组态 2. 伺服电机速度控制程序 （六）下载PLC程序运行
示范实例：检查
项目
编制I/O分配 表
绘制PLC-伺 服驱动器控 制电路图 连接PLC-伺 服驱动器控 制电路 设置伺服驱 动器
编写伺服电 机速度控制 Pபைடு நூலகம்C程序
下载PLC程序 运行 合计
分值 10
评分标准 1. 所有输入地址编排合理，节约硬件资源， 元件符号与元件作用说明完整，5分； 2. 所有输出地址编排合理，节约硬件资源， 元件符号与元件作用说明完整，5分。
按照工作计划表，项目小组全体成员共同确定I/O分配表，然 后按两个小组分别实施系统硬件装调、驱动器设置、程序编 写以及调试运行，合作完成任务并提交任务评价表。
示范实例：实施
（一）编制I/O分配表 （二）绘制PLC-伺服驱动器控制电路图 （三）连接PLC-伺服驱动器控制电路 （四）设置伺服驱动器 （五）编写PLC程序
示范实例：资讯
光电编码器分为透射型和反射型两种，主要由码盘和光电检测电 路组成。伺服电机使用的编码器通常为透射型光电编码器。
编码器的码盘上刻有可以透过光线的光栅，光源经过棱镜透过光栅，由安装 在光栅对面的光敏元件接收后产生相应的电信号。当码盘随着伺服电机一起 旋转时，由于光栅的遮挡，透过光栅的光信号时有时无，光敏元件于是产生 与之对应的电脉冲信号。这个电脉冲信号的频率与伺服电机转动的速度相对 应，脉冲的数量与伺服电机转过的角度相对应。通常会在光栅对面安装两个 光敏元件，根据两个光敏元件产生的电脉冲的相位可以判断伺服电机的转向。
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内容提纲
• 一、工业自动化与运动控制 • 二、运动控制类型、应用和系统组成 • 三、运动控制目标参数与数据流程 • 四、运动控制器产品线和技术线分析
• 五、运动控制器的硬件架构
• 六、运动控制器的软件架构
一、工业自动化与运动控制
工业自动化的概念
工业控制自动化技术是一种运用
运动控制
数据采集
运动控制的范畴
狭义的运动控制： 电机的控制
普通电机+变频器 步进电机+驱动器 伺服电机+驱动器 ……
广义的运动控制： 控制器 驱动 电机 传动机构
运动控制的概念
运动控制技术是一门结合了电机学、 自动控制学、 电气技术、 机电一体化技术、 计算机控制技术的综合技术。 在生产实际中，使用运动控制技术/设备，能够解决各种复杂 的定位控制问题，因此它在设备自动化领域得到了广泛的 应用。
USB、 RS232
指令体系与协议
闭环算法
DSP+FPGA平台 速度前瞻 PCI总线 底层驱动技术 插补算法 运控基础技术 ISA总线 总线技术 PC平台 平台与架构技术 专用运控芯片 运动控制算法 集成技术 接口保护 可靠性技术 电磁兼容 工艺集成
运动控制器技术路线示意图
运动控制器技术的层次
硬件层： CPU（单片机、DSP、FPGA等） 存储（FLASH、SRAM等） 接口技术 驱动层： 固件（单片机、DSP、FPGA等） 设备驱动（DRV） 动态连接库（DLL） 应用层： 系统集成（设备工艺）
状态缓冲器 R00 R0 R1 R2 R3 R4
D_IN
硬缓冲DW3 硬缓冲DW4 硬缓冲DW5 硬缓冲DW6
10、硬件微指令FIFO
11、硬缓冲寄存器
12、运动寄存器
R 启动控制电路 （ADCC） 变频分配电路 （VFDC）
CP1_IO 倍率因子分频 电路（MFFDC）
CP2_IO 预置计数器 （R0_PC）
6、DSP 缓冲处理部分
批指 令缓 冲处 理模 块
批指令 缓冲区
DSP 固 件 架 构
指令处理过程控制模块
7 、指令处理部分 8 、微指令处理部分
批 指 令 指令解析模块 批处理方式 微指令缓冲 区管理模块
立即 指令
微指令缓冲区
立即方式
微指令输出模块 微指令 寄存器读写模块 DSP 端 DSP 读写 FPGA 接口 FPGA 端
函数库参数检查及指 令编码模块
1、接口处理部分
PC 驱 动 架 构
2、 PC 指令 缓冲 处理 部分
加工指令 编码数据 指令 编码 数据 缓冲 链表 指令缓冲 区管理模 块 加工指令 编码数据
状态查询处理模块
指令编码数据包缓冲区 加工指令 编码数据包
立即 指令 编码 数据
内部 指令 处理 线程 管理 模块
微指令FIFO
FPGA运动寄存器
FIFO_STATUS rFIFO_CS
D_IN(31-0) FIFO_CS
LOAD_CS
与顶层设计接口和控制电路部分 D_IN、CS D_IN、CS
A4-A0
RESET
CS
WR
FPGA 固 件 架 构
命令缓冲器 硬缓冲DW1 硬缓冲DW2
FIFO
RD
LOAD_TRIG
加工数据
坐标转换 运动规划
运动指令
速度前瞻 插补算法
微指令
脉冲序列 I/O逻辑
信号
四、运动控制器产品线和技术线分析
系统集成
可靠性 矢量S型速度 闭环算法 增益调整 从USB DSP+FPGA 硬件同步 速度前瞻 主USB、串口 指令协议 G代码 MPC05 PCI总线 底层驱动 ISA总线 专用运控芯片 运控基本逻辑 运控指令系统 MPC2810 嵌入式技术 MPC03 激光 MPC07/08 指令硬缓冲 S型速度 MPC6515 MPC6610 MPC6535 MPC6536 MPC6575 点胶 LT7310 示教机器人
五、运动控制器的硬件架构
CPU
CPLD
DSP
A通道
通讯
PC机
B通道
存储
NAND Flash FLASH
RS232
人机界面
SRAM
局 部 总 线
Host USB
U盘
FPGA 限位 原点
光电隔离
I/O
电机 控制
激光 控制
脱机式运动控制器硬件架构示意图
脱机式运动控制器
PC PCI/ISA
PCI/ISA芯片
PC-DRV 端 PCI 总线物理层 DSP 端
DSP 端数据包 发送和接收模块 加工指令 编码数据包
DSP 端状态缓 冲区刷新模块 立即指令 编码数据 DSP 核心处理部分 状态查询 数据
DSP 端固件升 级模块 固件升级及 效验数据
9、定时位置更新模块
加工指令 编码数据包
启动停止 暂停恢复 立即指令 立即 指令 缓冲 处理 模块 立即指令 缓冲区 状态 查询 数据 固件 升级 及效 验数 据
DSP
FLASH
局 部 总 线
FPGA
光电隔离
限位 原点
可选
电机 控制
激光 控制
PC-base运动控制卡硬件架构示意图
PB-Base运动控制卡
六、运动控制器的软件架构
应用程序 指令 指令序列 磁盘文件 调试 调试 模块 状态查询 指令及结果
PC-APP 端 应用编程接口 API 错误 代码 处理 模块 4、 主 框 架 部 分 PC-DLL 端
Exlar电动缸 JVL电机
机械传动
导轨、滑台、丝杠传动等
减速器
执行电机及驱动器
步进电机其驱动器
伺服电机其驱动器
直线电机运动台
运动控制器
PLC
数控系统
脱机式运动控制器 PC-Base控制卡
集成化产品
电动缸
JVL一体化电机
三、运动控制目标参数 与数据流
运动控制目标与理论基础
控制目标参数 精度 效率 稳定性
技术手段
控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术， 对工业生产过程实现 研究范围 检测、控制、优化、调度、管理和决策， 预期目标 达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全 等目的的综合性技术， 主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
工业自动化的发展趋势
一、 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流 二、 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展 三、 面向测控管一体化设计的DCS系统 四、 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展 五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方 向发展 六、 数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展 七、 工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
X位置计数器 （R5_PC）
CPX_IO
X轴电子齿轮电 路
Pul_flow
Y位置计数器 （R6_PC）
13、运动控制输出模块
CPY_IO
X轴电子齿轮电 路
结束语
• 运动控制技术是设备自动化的关键核心技术之一； • 运动控制技术是一门多学科的综合性技术；
• 欢迎访问：
谢谢！
二、运动控制类型、应用和 系统组成
运动控制的类型
• 单机点位运动控制 • 轨迹运动控制（轮廓控制）
• 生产线同步运动控制
单 机 点 位 运 动 控 制
轨 迹 运 动 控 制
生 产 线 同 步 运 动 控 制
运动控制的应用行业
• 1）传统机床行业 车床、铣床、磨床、冲床、钻床等等 • 2）电子设备行业 PCB钻铣、SMT设备等等 • 3）医疗设备行业 血浆机、超声聚焦刀等等 • 4）激光加工行业 激光雕刻、激光切割等等 • 5）印刷包装行业 • 6）办公自动化行业 • ……
中国工业自动化的难关
我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难点： 一、自动化技术应用较少； 二、缺少光机电一体化技术人才； 三、先进的传感器技术应用匮乏，难以生产先进高档装备； 四、信息技术应用较少，在新一代技术标准和开放技术面前 缺少集成能力。
工业自动化与运动控制的关系
PLC 设备自动化 工业自动化 管理自动化
运动学参数 位移 速度 加速度
微积分 量化误差 ……
牛顿力学 弹性力学 工程力学 机械振动 牛顿第二定律 学 …… 动量守恒定律 动能守恒定律 ……
力学参数 刚度 阻尼 惯性
数据流与数据处理
AutoCAD CorelDraw ……
设计文件
数据提取 轨迹优化
G-code 协议 ……
速度设置 直线/圆弧 …… 速度寄存器 位移寄存器 …… 脉冲/方向 模拟电压 ……
机器人 机器视觉 嵌入PLC ……
运控与驱动集成 热设计、集成测试
MPC7410
多任务、指令集 现场总线
通用
MPC02
FPGA
MPC01
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
运动控制器产品线与技术发展示意图
工业现场总线
多任务与指令集 自适应控制 嵌入式ARM平台 运控与驱 动集成
状态 查询 数据
固件升级模块
PC 端数据包发送和接收模块
PC 端数据传输通讯协议模块 3、 数 据 通 讯 部 分
5、 固 件 固件升 升 级数据 级 及效验 部 数据 PC-DLL 端分 DLL 与 DRV 接口 PC-DRV 端
PCI 总线数据读写模块（驱动程序）
DSP 端数据传输通讯协议模块
状态缓冲区
国工业自动化的现状