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运动控制系统之运动控制器

运动控制系统之运动控制器

    不同的控制器可以实现不同精确度和类型的运动轨迹的控制。运动轨迹一般由直线、圆弧组成,对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。插补计算就是控制器根据输入的基本数据,通过计算,将运动轨迹描述出来,边计算边根据计算结果向执行机构发出运动指令。对于较简单的慢速直线运动,控制器需要进行的计算往往以整数运算为主;采用通用PLC等控制器即可实现,对于快速运动或圆弧插补运动,往往需要浮点数运算能力更强、输出信号频率更高的专用控制器或芯片来实现,例如TI的TMS320F28335 DSP芯片、GE的PMM335运动控制器、AB的ControlLogix控制器等

    运动控制器可以实现各种控制算法,如PID算法、模糊控制算法、各类补偿算法等。其中,PLC作为一种通用控制装置,因其可靠性高、体积小、功能强、可在线修改程序、可对模拟量进行控制、方便与计算机连接等特点,已经在流水线、机械手、立体仓库等工业运动控制领域中得到了广泛的应用。

    最初的运动控制器实际上是可以独立运行的专用控制器,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(Stand-alone)的运动控制器,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。但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。通用运动控制器的发展成为市场的必然需求。

    通用运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支,1990年开始在发达国家进入快速发展的阶段。由于有强劲的市场需求的推动,通用运动控制技术发展迅速并得到广泛应用。近年来,随着通用运动控制技术的不断进步和完善,通用运动控制器作为一个独立的运动控制类产品,已经被越来越多的行业领域所接受。1987年,美国政府组织开放式运动控制系统的研究,即下一代控制器(NGC)研究计划。该计划首先提出了开放体系结构控制器的概念,制定了开放系统体系结构标准规格(OSACA)。自1996年开始,美国几个大的科研机构对NGC计划分别发表了相应的研究成果,如美国国际标准研究院研制的增强型机床控制器(EMC)。美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司研制的开放式、模块化体系结构控制器(OMAC),其目的是用更加开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加柔性、更加敏捷。通用运动控制器也从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器,发展到了基于PC总线、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的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。