运动控制技术相关情况概述

来源：中为咨询网www.zwzyzx.com 【日期：2015-06-02 14:41:37】【打印】【关闭】

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近代工业革命之后，蒸汽机、电动机等新技术的出现使人类突破了传统人畜力的局限，拥有了巨大的机械动力源，因而极大地改变了近现代制造业的格局。随着制造业的不断发展，新的需求被提了出来：人们不仅需要巨大的机械力，而且希望力能够被精确地控制。例如在切割钢板过程中，人们希望控制电动机的转速进而控制切割速度。这就是运动控制技术的起源，它最初是以调速技术这样一个比较狭窄的学科名词发展起来的。后来更多需求被提出，例如：在工件上钻孔，需要电机准确停在指定的位置；若要切割下一片圆形钢板，则需要以一定的函数关系同时控制两个垂直方向上电机的运动；若需要雕刻人面部这样的复杂曲面，则需要同步控制多个电机的运动。运动控制技术正是在类似需求的推动下不断向前发展，而该技术的发展又反过来深刻地改变着整个工业技术体系。到今天，运动控制技术在现代工业中已经得到了广泛而深入的应用，包括装备制造、印刷、包装、纺织、半导体制造、自动化生产线等。

作为工业自动化的一个重要分支，运动控制技术是以力、加速度、速度和位移为控制指标而发展起来的一门控制技术。运动控制技术出现后的很长一段时间，主要应用于数控机床领域，因此通常使用“数控”这个术语。直到20世纪80年代，运动控制技术越来越多地应用于非数控机床领域，如工业机器人、自动化装配线等等，运动控制这一术语才逐渐普及开来。

运动控制技术是数控机床、机器人以及其他自动化机械设备的关键技术。通常，自动化机械中与运动控制相关的要素包括运动控制系统、执行机构、传感器和负载，其关系如下图所示：

（1）运动控制系统

运动控制系统是自动化机械的核心。其功能是根据控制程序，经计算机处理后，实时控制执行机构的动作。

早期的运动控制系统由数字逻辑电路构成，随着微电子和计算机技术的发展，现在已经被计算机软件取代。相比于硬件电路，计算机软件具有巨大的灵活性，可以实现逻辑电路难以表达的复杂控制算法，从而使运动控制系统性能有了质的飞跃。另外，运动控制软件可在使用过程中通过升级来提升性能或改变用途，从而使自动化机械具有真正的“柔性”。

得益于现代控制理论、微电子学、计算机技术的进步，运动控制系统不断吸收相关理论创新成果与先进的技术手段，从而成为工业自动化产业中发展最为活跃的领域。

（2）执行机构

根据运动控制系统发出的控制指令，执行机构以可控方式将电能转换为机械能。一般来说，执行机构包括电机和驱动器。早期的执行机构以液压伺服为主，后来的发展经历了步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等几个阶段。进入21世纪，一些新型执行机构也越来越多地得到应用，例如直线电机和力矩电机，它们有望成为下一代运动控制系统的主流执行机构。

（3）传感器

传感器用于闭环运动控制系统中，用于感知执行机构或者控制对象的位置或者角度，经过简单的数学运算，也可以得到速度和加速度信号。传感器的主要类型有旋转变压器、光栅、磁栅等。例如：旋转变压器和圆光栅通常安装在伺服电机的尾部用于反馈电机角度，直线光栅可用于测量直线进给机构的坐标。

（4）负载

负载是运动控制系统的控制对象。例如：数控机床床身的动体部分就是其控制系统的负载；机械手的手臂和有效载荷是机械手控制系统的负载。机械设备在运动过程中，其负载会发生各种各样的变化。运动控制系统的一个重要职能就是克服负载变化对系统的扰动，保证控制指标稳定。

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