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运动控制技术的来龙去脉

运动控制技术的来龙去脉

    运动控制技术是自动化技术和电气拖动技术的融合,以工控机、PLC、DSP等为控制器的运动控制技术融合了微电子技术、计算机技术、检测技术、自动化技术以及伺服控制技术等学科的新成果,在工业生产中起着极为重要的作用。

    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。现已广泛应用于国民经济的各个行业,且应用形式多种多样,主要应用领域如下:

1)冶金行业:电弧炉电机控制、轧机轧辊控制、产品定尺控制等。

2)机械行业:机床定位控制、加工轨迹控制、自动化流水线及机械手的控制等。

3)信息行业:磁盘驱动器磁头的定位控制、打印机的控制等。

4)建筑行业:电梯及电梯群的控制等。

5)其他行业:立体仓库和立体车库的控制等。

运动控制起源于早期的伺服系统(Servo mechanism),基本上可以说是一个相当有历史的技术。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。

步进电机与驱动器

    早期的运动控制技术,主要是伴随着数控技术(CNC)、机器人技术(Robotics)和工厂自动化技术的发展而发展的,也因此在这些技术的发展同时,运动控制的技术也随着系统的发展而开始变化。

数控机床

    近年来,随着运动控制技术的不断进步和完善,作为一个独立的工业自动化控制类产品,运动控制系统已成为一项成熟的技术,在自动化产业中占有相当重要的地位;而近年整合包括生产决策、整合制造、友善人机、节能环保加工及全球化生产决策,“智能制造”成为工厂自动化的重要趋势,其中运动控制技术也在其中扮演主要关键角色。作为自动化的一环,运动控制技术在强劲市场需求的推动下,运动控制技术发展迅速,应用广泛。几乎所有的“动作”都和运动控制有关。而现在越来越多的技术整合到系统之中,因此,运动控制不再只是控制“运动”,“智能控制”在制造的角色也日趋重要,也是未来先进“智造”的核心。

    20世纪,在先进国家如美国在强劲市场推动之下,运动控制技术进入快速发展阶段,在21世纪前,集中式控制系统称霸自动化设计世界,通过CPU由主机来管理马达运动,不管是脉冲式或是通信式,均通过指令的下达来影响马达的动作,一个口令一个动作,达成生产线的终极目标;但之后随着PC系统加上DSP与FPGA的发展,也让运动控制进入了新阶段。

    由于生产线的复杂化,加上在系统上的“信息整合”需求,包括视觉与数据库的导入,以及ERP及MES等制造管理系统的导入,也扩张了前述各类控制器对信息整合的相关要求,让运动控制在生产在线的角色不只是只有控制“运动”,对系统的整合性要求也日益增加。

    另外,近年来工业机器人的蓬勃发展,也使得运动控制技术产生了相当的质变,如何搭配工业机器人与运动控制系统,建立完整生产线的同步整合,也成为生产在线的新兴课题。

工业机器人

    由于运动控制的目标是要完成生产线流程制造产品,在中间的运动控制过程,其实并不是最最重要,反而是如何能正确实时的达到要求,才是最重要的功能;加上现在各种产品精细度要求愈来愈高,对制程要求也愈来愈严苛,而运动控制讲究实时与精准,要达到最佳化,就得整合各种相关技术,这样的整合被视为难度最高的控制技术。

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