@wuqi0616
2017-02-05T15:49:53.000000Z
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实用运动控制技术
运动控制器的定义：通过对以电机驱动的执行机构等设备进行运动控制，以实现预定运动轨迹目标的装置，是利用高性能微处理器（如DSP）或大规模可编程器件实现一个或多个伺服电机的协调控制，具体就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能。
运动控制器与传统的数控装置相比的特点：
1、技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品。
2、结构形式模块化，可以方便地相互结合，建立适用于不同场合、不同功能需求的控制系统。
3、操作简单，在PC上经简单编程即可实现运动控制，而不一定需要专门的数控软件。
基于PC总线的运动控制器的缺点：
1、价格比较高
2、应用比较发杂
3、结构是封闭的，只能针对某一类型的应用，控制策略单一，很难同时满足控制系统的多种应用场合中的要求。
固高GT-400-SV运动控制器：
核心由数字信号处理器ADSP2181和FPGA组成。可以同时控制4个运动轴，实现复杂的多轴协调运动，并提供C语言函数库实现复杂的控制功能及其高性能的控制运算。
GT-400-SV运动控制器优点：功能强、性能高、价格低、使用方便
适用于模拟量控制及脉冲控制的交流或直流伺服电机、步进电机等多种控制场合。
可编程逻辑控制器（PLC）：是采用微机技术制造的通用的自动控制设备，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算数运算等功能，既能控制开关量，也能控制模拟量，控制规模从几十个点到上万个点。
（PLC）的优点:
1、具有高可靠性
2、能适应工业现场的高温、冲击、震动等恶劣条件，特别适合于取代复杂的继电器控制逻辑电路。
PLC和PCC的区别点：PCC类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。
微处理器：简称或者MP，是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件。
微型计算机：简称或MC,是指以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机
微型计算机系统：简称或MCS，以微型计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路（统称硬件）以及指挥微型计算机工作的系统软件。
微处理器的优点：
1、低成本微处理器减少了控制器的部件数量，从而能在不增加成本的基础上，增加系统的可靠性；
2、数字控制提高了系统的柔韧性，允许系统实施更大、更复杂功能包括非线性函数；
3、数字控制回路接受数字控制值，使得在实时系统中对系统稳定性的调整变得更加容易。
数字信号处理器（DSP）：是一种高速专用微处理器，原来是用来处理数字信号的，如用做数字滤波或快速傅里叶变换（FFT），要频繁使用矩阵运算。
DSP的功能与优点：
1、运算功能强大，专门处理以运算为主、不允许延迟的实时信号
2、有特殊的寻址方式，可高效率地进行FFT运算
3、灵活的I/O接口和片内I/O管理
4、有高速的并行数据处理算法的优化指令集，修改、升级都很方便
5、可灵活地使用C语言或汇编语言编程
6、集成化程度高，成本低，可靠性高，硬件简化，有完整的开发和调试工具，开发周期短。
DSP在电机控制方面的应用：
高速的DSP主要用在电机无传感器控制和磁场定向控制中，因为在无传感器控制中需要用已知的电流和电压实时计算速度和位置，而在电机磁场定向控制中，需要把所有的变量以矢量的形式转化到与定子旋转磁场同步的坐标系中，这些都需要进行大量的运算，高速DSP可以实时完成这些工作。
DSP的强大功能：
1、DSP在高级算法的实时应用上改善系统控制的性能,并且DSP有足够的能力在处理其他任务的同时进行辨识和参数估计。
2、DSP带有PWM的产生功能可以实现电源信号调节和功率因数校正。
3、DSP可以实现快速精确的变速度和转矩控制，增大了调速器的调速范围。
4、DSP在无刷电机控制方面具有优越性，使其不仅在工业自动化方面的应用剧增，而且在家电市场等其他领域上大量使用、
DMC-2100的主要特性：
1、快速的通信方式：允许与多台计算机及I/O装置之间通信；支持Modbus通信协议
2、具有控制1~8轴的强大的控制功能，可同时执行8个应用程序。
3、可以进行速度控制、点对点定位，轮廓、直线、圆弧插补、电子齿轮和凸轮、连续路径运动等先进的运动模式；接收12MHz伺服编码器反馈信号，3MHz步进电机命令（脉冲+方向）
4、带速度及加速度前馈、积分限制、阶梯形及精巧的PID低通滤波器及速度/加速度立即控制功能
5、以32位专用处理器及特制次微米网关数组，提供最高性能。
6、100-pin高密度连接器可减少电磁干扰。
7、程序编写容易。备有丰富的支持软件
8、较强的容错处理功能。
9、提供定位、速度、扭力、错误及输入的状态报告。
GT系列运动控制器的机电运动控制系统的基本组成：
1、运动控制器
2、对于ISA总线卡，具有ISA插槽的IBM-PC或其兼容机，对于PCI总线卡，具有PCI插槽的IBM-PC或其兼容机
3、具有增量式编码器的伺服电机或步进电机
4、驱动器
5、驱动器电源
6、12~24V直流电源（用于接口板电源）
7、原点开关、正/负限位开关
GT系列运动控制器的控制方式：
1、开环控制，当控制步进电机时就采用开环控制。
2、闭环控制，当控制伺服电机时，需要编码器
GT系列运动控制器的控制轴运动控制模式：
1、手脉模式
2、速度控制模式
3、点位运动，可在运动中更新运动控制参数
4、4轴直线插补运动及空间圆弧插补运动
5、电子齿轮，多级主轴和多个从轴
6、用户可定制特殊运动规划曲线
其中GT-400-SV提供了5种控制轴运动控制模式：
1、S-曲线加减速模式
2、梯形曲线模式
3、速度跟踪模式
4、电子齿轮模式
5、坐标运动模式
GT-400-SV的控制功能：
1、看门狗实时监测DSP的工作状态
2、基于坐标系编程的连续轨迹控制，可实现空间直线、圆弧插补运动
3、提供程序缓冲区实现运动轨迹预处理，以获得高质量的运动控制，并降低主机通信实时性的要求。
4、面向各控制轴实现点到点控制，具有可编程S-曲线、梯形曲线、速度控制和电子齿轮等运动控制方式。
5、使用32位（二进制）有效数字计算，实现高精度的轨迹控制
6、伺服控制采用可编程数字PID+速度前馈+加速度前馈滤波方式
7、可编程设置伺服周期，四轴伺服周期为162
8、硬件捕获编码器Index信号和系统原点Home信号，保证控制系统具有较高的重复定位精度。
9、可编程设置跟随误差极限、加速度极限、控制输出极限等参数，实现安全可靠的控制。