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泰興減速機2018年9月4日訊 作為一個工控人,時常都會說到運動控制。那么,在工業(yè)控制與自動化領域中,運動控制到底指的是什么呢?
電機控制與運動控制有何區(qū)別?
基本架構組成是怎樣的?
運動控制發(fā)展趨勢如何?
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讓我們一起來了解一下!
工業(yè)控制主要分兩個方向,一個是運動控制,通常用于機械領域;另一個就是過程控制,通常使用于化工領域。而運動控制指的是一種起源于早期的伺服系統(tǒng),基于電動機的控制,以實現(xiàn)物體對角位移、轉矩、轉速等等物理量改變的控制。
電機控制與運動控制
在上面的定義中,有提到電機控制,但電機控制和運動控制是不同的。
從關注點來說,電機控制(這里指伺服電機)主要關注的是控制單個電機的轉距、速度、位置中的一個或多個參數(shù)達到給定值。而運動控制主要關注點在于協(xié)調多個電機,完成指定的運動(合成軌跡、合成速度),比較著重軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃、運動學轉換;比如數(shù)控機床里面要協(xié)調XYZ軸電機,完成插補動作。
電機控制常常作為運動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)(通常是電流環(huán),工作在力矩模式下),更著重于對電機的控制,一般包括位置控制、速度控制、轉矩控制三個控制環(huán),一般沒有規(guī)劃的能力(有部分驅動器有簡單的位置和速度規(guī)劃能力)。
運動控制往往是針對產品而言的,包含機械、軟件、電氣等模塊,例如機器人、無人機、運動平臺等等,是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理,使其按照預期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進行運動的一種控制。
兩者有部分內容是重合的:位置環(huán)/速度環(huán)/轉距環(huán)可以在電機的驅動器中實現(xiàn),也可以在運動控制器中實現(xiàn),因此兩個屬于容易混淆。
基本架構組成
一個運動控制系統(tǒng)的基本架構組成包括:
運動控制器:用以生成軌跡點(期望輸出)和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內部閉合一個速度環(huán)。
運動控制器主要分為三類,分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運動控制器在電子、EMS等行業(yè)被廣泛應用;專用控制器的代表行業(yè)是風電、光伏、機器人、成型機械等等;PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業(yè)備受青睞。
驅動或放大器:用以將來自運動控制器的控制信號(通常是速度或扭矩信號)轉換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán),以獲得更精確的控制。
執(zhí)行器:如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機或電機,用以輸出運動。
反饋傳感器:如光電編碼器、旋轉變壓器或霍爾效應設備等,用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器,以實現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。
眾多機械部件用以將執(zhí)行器的運動形式轉換為期望的運動形式,它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉軸承。
從運動控制器看運動控制
運動控制的出現(xiàn)更加促進機電控制的解決方案,比如以前凸輪和齒輪都需要機械結構實現(xiàn),現(xiàn)在可以使用電子凸輪、電子齒輪來實現(xiàn),消除了機械實現(xiàn)過程的回程、摩擦和磨損等。
成熟的運動控制產品不僅僅需要提供路徑規(guī)劃、前瞻控制、運動協(xié)調、插補、運動學正逆解和驅動電機的指令輸出等,還需要具備工程配置軟件(如SIMOTION的SCOUT)、語法解釋器(不僅是指自己的語言,而且包括IEC-61131-3的PLC語言支持)、簡單的PLC功能、PID控制算法實現(xiàn)、HMI交互接口、故障診斷接口,高級的運動控制器還能夠實現(xiàn)安全控制等。
運動控制之發(fā)展趨勢
根據MarketsandMarkets發(fā)布的市場研究報告,2022年全球運動控制市場(包括零配件:交流電機、電機、運動控制器、交流驅動器、電子驅動器;應用:包裝、材料處理、金屬加工、轉換、定位)預計將達到228.4億美元,在2016年和2022年期間以5.5%的年復合增長率增長。
就運動控制器來說,隨著行業(yè)應用的擴展,中國運動控制市場逐漸成熟,在機床、雕刻機、半導體、工業(yè)機器人、EMS、物料搬運等多數(shù)下游機械行業(yè)均取得不錯的發(fā)展。尤其在鋰電池、工業(yè)機器人、半導體、EMS等行業(yè),歐美和日本運動控制廠商表現(xiàn)突出,擁有較強的綜合競爭優(yōu)勢。
由于運動控制的目標,是要完成生產線流程制造產品,在中間的運動控制過程,其實并不是最最重要,反而是如何能正確實時的達到要求,才是最重要的功能;加上現(xiàn)在各種產品精細度要求愈來愈高,對制程要求也愈來愈嚴苛,而運動控制講究實時與精準,要達到最佳化,就得整合各種相關技術,這樣的整合被視為難度最高的控制技術。
專用控制器在一段時間內仍將是工業(yè)機器人行業(yè)主要的運動控制器類型。半導體行業(yè)PC-Based運動控制市場發(fā)展穩(wěn)定,增速在17%左右。物流行業(yè)對機器視覺功能的需求增加,導致PC-Based比例也逐步增加。在傳統(tǒng)印刷機械上仍然以PLC運動控制器為主,PC-Based運動控制器的應用剛剛起步,在新興的數(shù)碼印刷機械上使用較多,未來將小幅增長。
據專家分析預測,未來幾年運動控制器的市場需求將會越來越大,你做好準備了嗎?