運動(dòng)控制是工業(yè)控制領(lǐng)域的核心之一，在印刷，包裝，裝配等工業(yè)場(chǎng)景中發(fā)揮著(zhù)巨大作用。運動(dòng)控制最早起源于電機控制，電機控制的任務(wù)是控制單個(gè)電機轉矩，轉速，位置等參數，使電機完成規定的動(dòng)作。而運動(dòng)控制是在電機控制的基礎上實(shí)現了對多個(gè)電機控制，運動(dòng)控制系統自動(dòng)協(xié)調多個(gè)電機完成指定的運動(dòng)。復雜精密運動(dòng)控制系統的應用在大大降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也減少了加工中誤操作的發(fā)生，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。如今工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，多種多樣的運動(dòng)控制系統被廣泛應用于物流行業(yè)與大型裝配生產(chǎn)線(xiàn)。
頻繁出現在我們視野中的機械臂就是運動(dòng)控制系統助力工業(yè)生產(chǎn)最關(guān)鍵的一環(huán)，目前世界上最先進(jìn)的機械臂擁有7個(gè)無(wú)齒輪關(guān)節，每個(gè)電機驅動(dòng)一個(gè)關(guān)節運動(dòng)。機械臂正常運行時(shí)，運動(dòng)控制系統同時(shí)協(xié)調7個(gè)電機，機械臂便可以輕松抓取空間內任何一個(gè)位置的物體。不僅如此它還能實(shí)現其他復雜的功能，它甚至幫助人們打掃衛生或是彈奏樂(lè )器。
前幾年，在網(wǎng)絡(luò )上大火的掃地機器人就是運動(dòng)控制的一個(gè)縮影。掃地機器人制定好運動(dòng)路線(xiàn)，運動(dòng)控制系統便會(huì )驅動(dòng)電機執行不同的動(dòng)作，使掃地機器人高效完成任務(wù)。在工廠(chǎng)中，機械臂被廣泛應用于裝配生產(chǎn)線(xiàn)，在汽車(chē)制造流水線(xiàn)上，機械臂可以輕松舉起幾十公斤甚至上百公斤的零件完成焊接和組裝。我們可以看到，運動(dòng)控制系統不僅應用于工業(yè)中，在最貼近我們的生活中也不難發(fā)現它們的身影。
要想了解運動(dòng)控制系統，需要重點(diǎn)了解的就是運動(dòng)命令的執行者們——電機。應用于運動(dòng)控制系統的電機大多為步進(jìn)電機和伺服電機，下面小編就為大家簡(jiǎn)單介紹一下兩種電機。
1步進(jìn)電機
步進(jìn)電機可以把輸入的脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰?，在步進(jìn)電機正常運作的情況下，電機的轉速，位置，加減速度只取決于脈沖信號的頻率和個(gè)數，而不受負載變化的影響。當步進(jìn)電機驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，他就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度。稱(chēng)之為“步距角“它的旋轉是一步步地進(jìn)行，每步轉動(dòng)一個(gè)步距角，步進(jìn)電機的名字就是因此而來(lái)。
2伺服電機
伺服電機把收到的電信號轉換成電機軸上的角位移輸出，伺服電機驅動(dòng)器控制三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)。伺服電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器，驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。
兩種電機的比較
1控制方式不同
步進(jìn)電機采用開(kāi)環(huán)控制，伺服電機采用閉環(huán)控制，兩種控制方法的不同在于閉環(huán)控制會(huì )比較目標值與實(shí)際值，調整電機位置，相比之下伺服電機的控制精度要優(yōu)于步進(jìn)電機。
2控制精度不同
步進(jìn)電機的相數越多，它的精度就越高。2相電機成本低，但在低速時(shí)震動(dòng)較大，高速時(shí)力矩下降快，5相電機則震動(dòng)較小，高速性能好，比2相電機的速度高30~50%，甚至可在某些場(chǎng)合取代伺服電機。伺服電機自帶編碼器，編碼器的刻度越多，精度越高。一般情況下伺服電機的精度相當于步距角為0.036度的步進(jìn)電機，當然并沒(méi)有這么小步距角的步進(jìn)電機，一般步進(jìn)電機的步距角為1.8，上邊僅僅是打個(gè)比方，由此可見(jiàn)，在實(shí)現高精度運動(dòng)控制時(shí)，伺服電機的性能遠遠超越步進(jìn)電機。
3低頻特性不同
不同于伺服電機，雖然在低速時(shí)步進(jìn)電機會(huì )采用阻尼技術(shù)或細分技術(shù)克服低速震動(dòng)現象。步進(jìn)電機在低速時(shí)仍極易出現震動(dòng)現象，而伺服電機不管在高速還是低速時(shí)都不會(huì )出現震動(dòng)現象。
4運動(dòng)性能不同
步進(jìn)電機為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負載過(guò)大容易造成丟步現象，停轉時(shí)轉速過(guò)高易出現過(guò)沖現象，伺服電機為閉環(huán)控制，伺服驅動(dòng)器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內部構成速度環(huán)和位置環(huán)，一般不會(huì )出現丟步或過(guò)沖現象。
5速度相應不同
步進(jìn)電機從靜止加速到工作轉速需要上百毫秒，而伺服電機一般只需要幾毫秒，可用于要求快速起停的控制場(chǎng)合。
從上邊的比較來(lái)看，伺服電機在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機，那是不是我們在選電機型號的時(shí)候全選伺服電機就行了呢？并不是這樣的，伺服電機的價(jià)格會(huì )遠高于步進(jìn)電機，步進(jìn)電機則會(huì )在性?xún)r(jià)比方面完勝伺服電機，在掌握兩種電機的特性后，根據不同需要，選擇合適類(lèi)型的電動(dòng)機尤為重要。
運動(dòng)控制系統并不只是由電機和驅動(dòng)器構成，相比它們更為重要的是控制，協(xié)調多個(gè)電機運動(dòng)的控制方案或算法。像是有這樣一個(gè)運動(dòng)系統，由兩個(gè)電機帶動(dòng)的轉盤(pán)上纏滿(mǎn)了膠卷，為實(shí)現膠卷能在不斷裂的情況下，以設定的膠卷纏繞速度，從一個(gè)轉盤(pán)放卷然后收卷到另一個(gè)轉盤(pán)。在膠卷纏繞的過(guò)程中，兩個(gè)轉盤(pán)的卷徑會(huì )不斷變化，為保證膠卷不斷裂并且符合規定的膠卷纏繞速度，需要不斷調整兩電機的轉速，這就需要用到PID算法，做閉環(huán)控制，讓被控對象：張力的反饋值影響電機的轉速。如此一來(lái)，依靠伺服電機響應快的性能，當張力過(guò)大時(shí)降低轉速，當張力過(guò)小時(shí)加快轉速。在不斷的調整下，膠卷的張力和纏繞速度達到要求。
除PID算法之外，在6自由度甚至7自由度的機械臂控制系統也會(huì )用到運動(dòng)差補算法確保機械臂運轉到指定位置。運動(dòng)控制系統方案的好壞決定了系統是否安全可靠，是否效率很高。擁有優(yōu)秀的方案設計能力，會(huì )使我們自己也更具競爭力。