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工業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,基于電動機的控制,以實現物體對角位移、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達到給定值。而運動控制主要關注點在于協調多個電機,完成指定的運動(合成軌跡、合成速度),比較著重軌跡規劃、速度規劃、運動學轉換;比如數控機床里面要協調XYZ軸電機,完成插補動作。
電機控制常常作為運動控制系統的一個環節(通常是電流環,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,一般沒有規劃的能力(有部分驅動器有簡單的位置和速度規劃能力)。
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定的運動參數進行運動的一種控制。
兩者有部分內容是重合的:位置環/速度環/轉距環可以在電機的驅動器中實現,也可以在運動控制器中實現,因此兩個屬于容易混淆。
什么是運動控制?
運動控制是工業自動化系統的子系統。它同步化控制多個電機來完成一系列運動。例如,多軸機械臂需要多個電機無縫地協同運行才能做出特定的動作。運動控制主要用于軌跡規劃、速度規劃、插補算法和運動學轉換。運動控制系統經常出現在印刷、包裝和裝配應用中。
如下所示,運動控制系統通常由以下主要組件組成:
? 運動控制器,可生成軌跡規劃,然后向電機驅動器提供控制命令。
? 電機驅動器,將運動控制器的控制命令(通常是速度或扭矩信號)轉換為更高功率電壓或電流信號來驅動電機
? 數個電機,可根據控制命令執行運動
? 位置傳感器,將電機轉子的位置/速度數據提供給位置/速度控制器,實現精確的位置/速度控制
運動控制之發展趨勢
就運動控制器來說,隨著行業應用的擴展,中國運動控制市場逐漸成熟,在機床、雕刻機、半導體、工業機器人、EMS、物料搬運等多數下游機械行業均取得不錯的發展。尤其在鋰電池、工業機器人、半導體、EMS等行業,歐美和日本運動控制廠商表現突出,擁有較強的綜合競爭優勢。
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機器人行業主要的運動控制器類型。半導體行業PC-Based運動控制市場發展穩定,增速在17%左右。物流行業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,在新興的數碼印刷機械上使用較多,未來將小幅增長。
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