运动控制基础培训课程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
运动控制基础
培训内容
✓运动控制系统概论 ✓ 运动控制系统常用部件
✓运动平台零部件 ✓电动机及驱动器 ✓变频器 ✓输入/输出元器件
✓ 运动控制系统设计与应用 ✓ 运动控制系统高级技术
✓ 电磁兼容技术 ✓ 机器视觉应用
✓应用案例
运动控制系统概论
运动控制系统概论
什么是运动控制？ 简单地讲，运动控制就是对机械传动装置的位置、速度 进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和设 定的运动参数（速度、加速度参数等）完成相应的动作。
运动控制系统的典型构成（续1）
开环控制系统（Open Loop）
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：（直流伺服电机）、交流伺服电机 驱动器：电流放大，位置反馈控制 运动控制器：运动规划，位置脉冲指令 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的典型构成（续2）
✓ 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
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
运动平台零部件
滚动导轨
直线电机
滚动导轨特点：
（1）摩擦因数约为滑动导轨的1/50 （2）适应高速直线运动 （3）运动响应快 （4）能实现高定位精度和重复定位 精度
（1）无滚珠丝杆、齿轮箱、齿条与 齿轮、传动带/皮带轮 （2）零回程间隙和柔度 （3）高刚度、高定位准确度 （4）紧凑的机械装配 （5）静音运行
电动机及 驱动器
机械传动机构 信号检测元件
运动控制系统的运动形式
根据运动特点和应用领域的不同，运动控制可分为 以下几种形式：
❖点位运动
典型应用：PCB钻床、SMT等
❖轮廓运动
典型应用：金属切削机床、点胶机、雕刻机等
❖同步运动
典型应用：定长剪切 、套色印刷等
运动控制系统的分类
按结构分类
❖集中控制系统
换向：换向器与碳刷
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。
直流伺服电机的控制
运动指令
反馈元件
运动控制器
驱动器
电机
负载
运动控制器：速度指令，位置反馈取自电机轴 驱动器：速度反馈控制（或许电流反馈控制），
运动平台部件
滚珠丝杠与滑动丝杠
滚珠丝杠特点： （1）传动效率高 （2）运动平稳 （3）高速 （4）寿命长、精度高 （5）无背隙
滑动丝杠特点： （1）结构简单、加工方便 （2）摩擦力大，传动效率低 （3）反向时有空行程 （4）低速时可能出现爬行现象 （5）磨损较快
运动平台零部件
同步带与齿形带轮
同步带选型： （1）传动功率 （2）传动长度 （3）传动精度 （4）传动负载
编码
单圈绝对值编码器
旋转编码器 变速箱
电机转速
分辨率: 16 倍
分辨率: 256 倍
分辨率: 4,096 倍
16:1
16:1
16:1
多圈绝对值编码器
绝对值编码器
上电读取绝对位置 工作时按增量式编码器
变频器
1.变频电机应用场合？ 变频电机主要应用在数控铣床的主轴控
制上。特点：位置精度不高，价格低， 可变速。 2.如何控制变频器？
半闭环控制系统（Close Loop）
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：直流伺服电机、交流伺服电机 驱动器：速度反馈控制，电流放大 运动控制器：运动规划，速度指令，位置反馈取自电机轴 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的典型构成（续3）
闭环控制系统（Close Loop）
传感器安装位置 电机 负载 传动间隙对系统稳定性的影响
如何设计运动控制系统
传感器分辨率 增量编码器 分辨率：4N/(2∏），N为每转脉冲数 绝对编码器或旋转变压器 分辨率：2^n/(2∏)，n表示n位二进制数
设计运动控制系统步骤
机械系统的设计 确定自动化设备的加工方式和加工工艺 确定自动化设备的机械结构 运动平台设计 机械系统详细设计 动态特性的计算与仿真
输入/输出元器件
各种传感器
输入/输出元器件
OVCC OGND OVCC
输入信号的传感器需采用NPN型。
输入/输出元器件
输出元件在运动控制系统中相当于人的手 脚，是运动控制系统的执行部件。 分类：
继电器、电磁阀、指示灯、模拟量 作用：
开关、流量阀开度
输入/输出元器件
继电器
电磁阀
输入/输出元器件
计 算 机
运动控 制器
❖分布控制系统
执行机构 检测元件
被控 对象
计算机工作站
运动控 制器
PLC
控制 单元
运动控制系统的分类
❖现场总线 控制系统
运动控制系统的分类
按控制方式分类
开环控制系统（Open Loop）
应用程序指令
运动指令
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：步进电机 驱动器：脉冲分配，电流放大 运动控制器：运动规划，位置脉冲指令 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
1）手动控制 2）RS485通讯控制 3）外部IO控制 4）模拟量控制
输入/输出元器件
传感器在运动控制系统中相当于人的触觉器 官，他能准确、快速地获取设备各种状态信息，是 保证运动控制系统正常工作的前提。 分类：
电感式、霍尔式、光电式、编码器、光栅尺 、开关、按钮、电位器 作用：
限位、零件计数、转速测量、位置测量、操 作、手脉、角度测量
运动平台零部件
平台设计
平台设计的指标： （4）平行度
将平台底座放置在隔振的大理石平台上，千 分表放置在平台滑块上，表头和水平的大理石接 触，在行程范围内移动滑台，千分表显示的最大 值为平行度。 （5）X-Y轴垂直度
检测指示针应该采用直角量规来测量，分别 在X和Y方向的运动偏移，成为X-Y轴垂直度。 （6）偏摆和俯仰
电流放大
直流伺服电机的优缺点
优点: • 精确的速度控制 • 转矩速度特性很硬 • 原理简单、使用方便 • 价格优势
缺点: • 电刷换向 • 速度限制 • 附加阻力 • 产生磨损微粒(对于无尘室)
解决方案：无刷电子换向电机
交流伺服电机的控制
运动控制 器
速度指令
驱动器
交流 伺服 电机
位置反馈
速度反馈与换 向信号
驱动器： 模拟伺服驱动器 数字伺服驱动器 步进驱动器
反馈元件: 测速发电机
光电编码盘、光 栅尺、磁栅尺等
旋转变压器 （Resolver）
电机: 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机
运动控制系统常用部件
运动平台零部件
常见的传动机构
滚珠丝杠与滑动丝杠 同步带与齿形带轮 滚动导轨 直线电机 运动平台设计
❖电气系统——《电工学》《机电传动控制》
电气系统由计算机、运动控制器、驱动器、电 源、电磁阀、继电器、接口电路、传感器、开关按 键灯组成。
❖软件系统——C语言程序设计、PLC程序设计
运动控制系统的构成部件
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
运动控制器： 独立运行 开放式结构
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：直流伺服电机、交流伺服电机 驱动器：速度反馈控制，电流放大 运动控制器：运动规划，速度指令，位置反馈取自负载 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的分类
按专业分类
❖机械系统——《机械原理》《机械设计》
机械系统由平台、导轨、丝杠、同步带、减速 器、轴及轴承座、联轴器、电动机、气缸、液压缸 等组成。
光栅尺（负载位置）
➢增量式、绝对式 ➢A、B、Z相信号，A、B相 为正交信号； ➢单端、差动输出； ➢TTL方波、正旋波输出；
编码器
➢ A、B、Z相信号，A、B相为正交信号； ➢ 单端、差动输出；
➢ TTL方波、正旋波输出；
绝对值编码器
聚光器
光源
刻度盘 光电元件
霍尔元件
扫描标线
增量轨迹
对一个具有8192个位置 的机械旋转进行二进制
平台设计
平台设计的指标： （1）定位精度
从测量点起，单向连续进行位移测量。每个 位置点的规划位置与实际位置的差为定位精度。 （2）重复定位精度
平台单向移动到行程内任意一个位置，重复 多次测量位移，测量值得最大偏差的1/2为重复定 位精度。 （3）反向间隙
平台向正方向移动一个位置，然后平台向反 反向移动同样的位置，测量起始位置与停止位置 的差，为反向间隙。
运动平台零部件
滚珠丝杠、同步带与直线电机
产品 速度
电机 反向间隙 反馈 保养 振动
滚珠丝杠
同步带
直线电机
Max 1.5 m/s
旋转电机
Max 3.5 m/s
旋转电机
Max 5 m/s 直线电机
3~50 um 编码器
10~100 um 0
编码器
光栅尺
高
定期张紧
最少
高速时有响声 一直有响声 平稳运行
运动平台零部件
平台从行程的参考点单向以一个固定间隔移 动，行程范围内在垂直方向的读数，最大角度为 偏摆；行程范围内在水平方向的读数，最大角度 为俯仰。
运动平台零部件
测试工具
千分表
激光干涉仪
电动机及驱动器
常见的控制电机
步进电机 伺服电机
电源 ✓ 直流伺服电机 ✓ 交流伺服电机 运动 ✓旋转电机 ✓直线电机
倒立摆
机械臂
数控设备
自平衡小车
运动控制系统概论
运动控制的应用领域以工业装备自动化 为主，同时在军事、医疗、广告、建筑、娱 乐等行业也有广泛应用。 请同学们举几个运动控制的例子。
观看行业应用视频
运动控制系统概论
运动控制系统包括： 计算机
运动控制器
❖计算机
❖运动控制器 ❖电动机及驱动器
运动控制
❖机械传动机构 ❖信号检测元件
交流伺服电机的缺点
控制较复杂 驱动器参数需要现场调整
PID参数整定 需要更多的连线
OVCC、OGND、ENABLE、ALARM、DAC、PULSE+、PULSE-、 DIR+、 DIR-、A+、A-、B+、B-、C+、C-、GND
编码器
旋转式光电编码器 （电机位置、速度和换 相信号）
步进电机的工作原理
步进电机是一种将数字式电脉冲信号转换为机械位移的机电执行元件。
步进电机的工作原理
半步运行
Unipolar Half Step:
步进电机的工作原理(续7）
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 = 1
PG Q
步进电机的优点
同步带综合了带传动和齿轮 传动的优点，带与带轮间没有相 对滑动，主动轮与从动轮之间可 保持同步运动。其传动效率可达 99.5%，带速可达50m/s，定位精 度可达0.05mm/300mm，并有耐油、 耐潮、不需要润的优点。
同步带传动的实效： （1）带体疲劳断裂 （2）带齿剪断和压溃 （3）带侧、带齿磨损，包布剥离 （4）承载层伸长、节距增大 （5）冲击、过载使带体断裂
光电编码器
运动控制器：产生速度控制信号 驱动器：速度反馈控制，电子换向
交流伺服电机的优点
良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制， 几乎无振荡。
高效率，90%以上，不发热 高速控制 高精确位置控制（取决于何种编码器） 额定运行区域内，实现恒力矩 低噪音 没有电刷的磨损，免维护 不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境 惯量低 价格具有竞争性
继电器
继电器起到电压转换和隔离电路的作用。
运动控制系统的设计与应用
如何设计运动控制系统
第一步为总体方案选择，决定部件的种类 系统固有特性、精度要求 机械传动结构 开环 VS 闭环，电机选择 传感器安装位置
第二步部件容量计算 传感器分辨率 电机容量
如何设计运动控制系统
机械传动结构 直接刚性连轴器连接 减速机 同步齿型带
步进电机的控制
运动控制 器
脉冲 方向
驱动器
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
步进电机的控制
脉冲 接口
EN：刹车信 号
电机 接口
9 DIR+ 22 DIR23 PULSE+ 11 PULSE-
EXO
A+ AB+ B-
直流伺服电机工作原理
定子：磁场—永磁体
转子：电枢绕组
培训内容
✓运动控制系统概论 ✓ 运动控制系统常用部件
✓运动平台零部件 ✓电动机及驱动器 ✓变频器 ✓输入/输出元器件
✓ 运动控制系统设计与应用 ✓ 运动控制系统高级技术
✓ 电磁兼容技术 ✓ 机器视觉应用
✓应用案例
运动控制系统概论
运动控制系统概论
什么是运动控制？ 简单地讲，运动控制就是对机械传动装置的位置、速度 进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和设 定的运动参数（速度、加速度参数等）完成相应的动作。
运动控制系统的典型构成（续1）
开环控制系统（Open Loop）
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：（直流伺服电机）、交流伺服电机 驱动器：电流放大，位置反馈控制 运动控制器：运动规划，位置脉冲指令 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的典型构成（续2）
✓ 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
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
运动平台零部件
滚动导轨
直线电机
滚动导轨特点：
（1）摩擦因数约为滑动导轨的1/50 （2）适应高速直线运动 （3）运动响应快 （4）能实现高定位精度和重复定位 精度
（1）无滚珠丝杆、齿轮箱、齿条与 齿轮、传动带/皮带轮 （2）零回程间隙和柔度 （3）高刚度、高定位准确度 （4）紧凑的机械装配 （5）静音运行
电动机及 驱动器
机械传动机构 信号检测元件
运动控制系统的运动形式
根据运动特点和应用领域的不同，运动控制可分为 以下几种形式：
❖点位运动
典型应用：PCB钻床、SMT等
❖轮廓运动
典型应用：金属切削机床、点胶机、雕刻机等
❖同步运动
典型应用：定长剪切 、套色印刷等
运动控制系统的分类
按结构分类
❖集中控制系统
换向：换向器与碳刷
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。
直流伺服电机的控制
运动指令
反馈元件
运动控制器
驱动器
电机
负载
运动控制器：速度指令，位置反馈取自电机轴 驱动器：速度反馈控制（或许电流反馈控制），
运动平台部件
滚珠丝杠与滑动丝杠
滚珠丝杠特点： （1）传动效率高 （2）运动平稳 （3）高速 （4）寿命长、精度高 （5）无背隙
滑动丝杠特点： （1）结构简单、加工方便 （2）摩擦力大，传动效率低 （3）反向时有空行程 （4）低速时可能出现爬行现象 （5）磨损较快
运动平台零部件
同步带与齿形带轮
同步带选型： （1）传动功率 （2）传动长度 （3）传动精度 （4）传动负载
编码
单圈绝对值编码器
旋转编码器 变速箱
电机转速
分辨率: 16 倍
分辨率: 256 倍
分辨率: 4,096 倍
16:1
16:1
16:1
多圈绝对值编码器
绝对值编码器
上电读取绝对位置 工作时按增量式编码器
变频器
1.变频电机应用场合？ 变频电机主要应用在数控铣床的主轴控
制上。特点：位置精度不高，价格低， 可变速。 2.如何控制变频器？
半闭环控制系统（Close Loop）
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：直流伺服电机、交流伺服电机 驱动器：速度反馈控制，电流放大 运动控制器：运动规划，速度指令，位置反馈取自电机轴 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的典型构成（续3）
闭环控制系统（Close Loop）
传感器安装位置 电机 负载 传动间隙对系统稳定性的影响
如何设计运动控制系统
传感器分辨率 增量编码器 分辨率：4N/(2∏），N为每转脉冲数 绝对编码器或旋转变压器 分辨率：2^n/(2∏)，n表示n位二进制数
设计运动控制系统步骤
机械系统的设计 确定自动化设备的加工方式和加工工艺 确定自动化设备的机械结构 运动平台设计 机械系统详细设计 动态特性的计算与仿真
输入/输出元器件
各种传感器
输入/输出元器件
OVCC OGND OVCC
输入信号的传感器需采用NPN型。
输入/输出元器件
输出元件在运动控制系统中相当于人的手 脚，是运动控制系统的执行部件。 分类：
继电器、电磁阀、指示灯、模拟量 作用：
开关、流量阀开度
输入/输出元器件
继电器
电磁阀
输入/输出元器件
计 算 机
运动控 制器
❖分布控制系统
执行机构 检测元件
被控 对象
计算机工作站
运动控 制器
PLC
控制 单元
运动控制系统的分类
❖现场总线 控制系统
运动控制系统的分类
按控制方式分类
开环控制系统（Open Loop）
应用程序指令
运动指令
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：步进电机 驱动器：脉冲分配，电流放大 运动控制器：运动规划，位置脉冲指令 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
1）手动控制 2）RS485通讯控制 3）外部IO控制 4）模拟量控制
输入/输出元器件
传感器在运动控制系统中相当于人的触觉器 官，他能准确、快速地获取设备各种状态信息，是 保证运动控制系统正常工作的前提。 分类：
电感式、霍尔式、光电式、编码器、光栅尺 、开关、按钮、电位器 作用：
限位、零件计数、转速测量、位置测量、操 作、手脉、角度测量
运动平台零部件
平台设计
平台设计的指标： （4）平行度
将平台底座放置在隔振的大理石平台上，千 分表放置在平台滑块上，表头和水平的大理石接 触，在行程范围内移动滑台，千分表显示的最大 值为平行度。 （5）X-Y轴垂直度
检测指示针应该采用直角量规来测量，分别 在X和Y方向的运动偏移，成为X-Y轴垂直度。 （6）偏摆和俯仰
电流放大
直流伺服电机的优缺点
优点: • 精确的速度控制 • 转矩速度特性很硬 • 原理简单、使用方便 • 价格优势
缺点: • 电刷换向 • 速度限制 • 附加阻力 • 产生磨损微粒(对于无尘室)
解决方案：无刷电子换向电机
交流伺服电机的控制
运动控制 器
速度指令
驱动器
交流 伺服 电机
位置反馈
速度反馈与换 向信号
驱动器： 模拟伺服驱动器 数字伺服驱动器 步进驱动器
反馈元件: 测速发电机
光电编码盘、光 栅尺、磁栅尺等
旋转变压器 （Resolver）
电机: 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机
运动控制系统常用部件
运动平台零部件
常见的传动机构
滚珠丝杠与滑动丝杠 同步带与齿形带轮 滚动导轨 直线电机 运动平台设计
❖电气系统——《电工学》《机电传动控制》
电气系统由计算机、运动控制器、驱动器、电 源、电磁阀、继电器、接口电路、传感器、开关按 键灯组成。
❖软件系统——C语言程序设计、PLC程序设计
运动控制系统的构成部件
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
运动控制器： 独立运行 开放式结构
应用程序指令
运动指令
反馈元件
上位计算机
运动控制器
驱动器
电机
负载
电机：直流伺服电机、交流伺服电机 驱动器：速度反馈控制，电流放大 运动控制器：运动规划，速度指令，位置反馈取自负载 上位计算机：运动代码生成，应用程序，人机界面
运动控制系统的分类
按专业分类
❖机械系统——《机械原理》《机械设计》
机械系统由平台、导轨、丝杠、同步带、减速 器、轴及轴承座、联轴器、电动机、气缸、液压缸 等组成。
光栅尺（负载位置）
➢增量式、绝对式 ➢A、B、Z相信号，A、B相 为正交信号； ➢单端、差动输出； ➢TTL方波、正旋波输出；
编码器
➢ A、B、Z相信号，A、B相为正交信号； ➢ 单端、差动输出；
➢ TTL方波、正旋波输出；
绝对值编码器
聚光器
光源
刻度盘 光电元件
霍尔元件
扫描标线
增量轨迹
对一个具有8192个位置 的机械旋转进行二进制
平台设计
平台设计的指标： （1）定位精度
从测量点起，单向连续进行位移测量。每个 位置点的规划位置与实际位置的差为定位精度。 （2）重复定位精度
平台单向移动到行程内任意一个位置，重复 多次测量位移，测量值得最大偏差的1/2为重复定 位精度。 （3）反向间隙
平台向正方向移动一个位置，然后平台向反 反向移动同样的位置，测量起始位置与停止位置 的差，为反向间隙。
运动平台零部件
滚珠丝杠、同步带与直线电机
产品 速度
电机 反向间隙 反馈 保养 振动
滚珠丝杠
同步带
直线电机
Max 1.5 m/s
旋转电机
Max 3.5 m/s
旋转电机
Max 5 m/s 直线电机
3~50 um 编码器
10~100 um 0
编码器
光栅尺
高
定期张紧
最少
高速时有响声 一直有响声 平稳运行
运动平台零部件
平台从行程的参考点单向以一个固定间隔移 动，行程范围内在垂直方向的读数，最大角度为 偏摆；行程范围内在水平方向的读数，最大角度 为俯仰。
运动平台零部件
测试工具
千分表
激光干涉仪
电动机及驱动器
常见的控制电机
步进电机 伺服电机
电源 ✓ 直流伺服电机 ✓ 交流伺服电机 运动 ✓旋转电机 ✓直线电机
倒立摆
机械臂
数控设备
自平衡小车
运动控制系统概论
运动控制的应用领域以工业装备自动化 为主，同时在军事、医疗、广告、建筑、娱 乐等行业也有广泛应用。 请同学们举几个运动控制的例子。
观看行业应用视频
运动控制系统概论
运动控制系统包括： 计算机
运动控制器
❖计算机
❖运动控制器 ❖电动机及驱动器
运动控制
❖机械传动机构 ❖信号检测元件
交流伺服电机的缺点
控制较复杂 驱动器参数需要现场调整
PID参数整定 需要更多的连线
OVCC、OGND、ENABLE、ALARM、DAC、PULSE+、PULSE-、 DIR+、 DIR-、A+、A-、B+、B-、C+、C-、GND
编码器
旋转式光电编码器 （电机位置、速度和换 相信号）
步进电机的工作原理
步进电机是一种将数字式电脉冲信号转换为机械位移的机电执行元件。
步进电机的工作原理
半步运行
Unipolar Half Step:
步进电机的工作原理(续7）
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 = 1
PG Q
步进电机的优点
同步带综合了带传动和齿轮 传动的优点，带与带轮间没有相 对滑动，主动轮与从动轮之间可 保持同步运动。其传动效率可达 99.5%，带速可达50m/s，定位精 度可达0.05mm/300mm，并有耐油、 耐潮、不需要润的优点。
同步带传动的实效： （1）带体疲劳断裂 （2）带齿剪断和压溃 （3）带侧、带齿磨损，包布剥离 （4）承载层伸长、节距增大 （5）冲击、过载使带体断裂
光电编码器
运动控制器：产生速度控制信号 驱动器：速度反馈控制，电子换向
交流伺服电机的优点
良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制， 几乎无振荡。
高效率，90%以上，不发热 高速控制 高精确位置控制（取决于何种编码器） 额定运行区域内，实现恒力矩 低噪音 没有电刷的磨损，免维护 不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境 惯量低 价格具有竞争性
继电器
继电器起到电压转换和隔离电路的作用。
运动控制系统的设计与应用
如何设计运动控制系统
第一步为总体方案选择，决定部件的种类 系统固有特性、精度要求 机械传动结构 开环 VS 闭环，电机选择 传感器安装位置
第二步部件容量计算 传感器分辨率 电机容量
如何设计运动控制系统
机械传动结构 直接刚性连轴器连接 减速机 同步齿型带
步进电机的控制
运动控制 器
脉冲 方向
驱动器
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
步进电机的控制
脉冲 接口
EN：刹车信 号
电机 接口
9 DIR+ 22 DIR23 PULSE+ 11 PULSE-
EXO
A+ AB+ B-
直流伺服电机工作原理
定子：磁场—永磁体
转子：电枢绕组