智慧型達動控制晶片設計介紹

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1、智慧型運動控制晶片設計介紹工業技術研究院機械所林家慶關鍵詞運動控制MotionControl智慧型運動控制IMC（Intelligenmotioncontrol）比例-積分-微分PID（Proportional-Integral-Differential）定位控制輸入輸出EPCIO（ExquisitePositioningControlInputsandOutputs）伺服迴路SERVOLOOP摘要在運動控制設計上運動命令的產生通常比其他方面的控制系統設計重要。因此發展控制技術的主要目的為使受控系統順應運動命令並完成指定的動作。控制理論由比例-積分-微分控

2、制理論發展到可變結構控制理論、模糊控制理論、類神經網路控制理論以及強健控制理論…等等，目的都是為了使受控體找出最佳的控制方法，目前較為成熟且應用在工業上的方法為比例-積分-微分控制。工研院機械所機電控制整合部已開始著手研發CPU-Based為主的運動控制卡以符合廣大的業界需求。英文摘要:Thegenerationofmotioncommandisusuallymoreimportantinthedesignofmotioncontrolthanthatofothercontrolsystems.The(developmentof)controltechno

3、logyallowsmanipulationofsystemstofollowassignedmotioncommendsandfurthertocompleteorderswithoutmovement.Thecontroltheorydevelopsfromproportion-integral-differentialcontroltheorytoinvariable-structurecontroltheory,fuzzycontroltheory,nerve-networkcontroltheoryaswellasstrongcontrolthe

4、ory.Thegoalsoftheprogressesaretooptimizecontrollingconditions.Atpresent,theproportion-integral-differentialcontroliswelldevelopedandisoftenappliedinindustry.TheintelligentmachinerytechnologymechatronicscontroldepartmentstartedtobegintoresearchanddeveloptheCPU-Basedmotioncontrolcar

5、dprimarilytomeetthegeneralfielddemand.前言運動控制是精密加工機械上關鍵的核心技術，其應用範圍包涵了從定位控制或速度控制的產業機械到高精密度的各類CNC工具機，運動控制系統的建立是必須整合各種軟硬體的技術而成的，對於使用者而言，除了對系統的基本功能要求外、成本高低、系統穩定性、使用頻率、保固服務、與其他軟硬體的擴充性和相容性…等等都是評估運動控制系統的因素。另外在實際運動控制系統的考量上不僅要控制各軸位置，同時也要控制各軸的速度。工業上機台之運行是否能遂行，不僅需要控制理論上的性能評估，還必須考量到機台本身實際特性，所以

6、整個運動控制是一個非常複雜的系統。在一般工業控制上，機械運動通常建構在馬達運動上，而馬達就好比機械系統上的手跟腳，負責機械儀器的定位、運動的速度等等。所以當馬達控制不好，將直接影響機械定位的不精準而使產品的良率下降，早期爲了實現馬達控制需要將控制電路設計在一塊電路板上，其缺點除了使用的零件數目多外、空間大、可靠性低、成本高。但是隨著PC及半導體產業飛快的進步下，製程技術也日新月異，在不用開ASIC的情況下，也都能使用FPGA(可程式閘陣列)來實現複雜的電路功能。這將大大的改善以往的缺點，也提高馬達的控制性能。工研院機械所機電控制整合部投入運動控制系統研發已

7、久，根據累積多年的相關經驗充分應用國內PC產業的資源，對於新控制系統的研發都朝向晶片化、微小化為指標。以本部門先前開發的EPCIO運動控制晶片為架構基礎上更進一步的研發出多功能且更符合業界需求IMC（智慧型運動控制卡），本文在介紹運動控制晶片的設計技術及探討國內外控制晶片的差異性。運動控制基本架構原理介紹ㄧ個完整運動控制系統包括由控制器（Controller）、驅動器（Drive）、致動元件（Actuator）、受控體（Plant）、偵測器（Sensor）所形成的閉迴路，圖1所示，運動控制系統通常可針對應用需要設計，以控制受控體的位置、速度、加速度或運動軌

8、跡。控制馬達的轉軸位置即是定位控制的唯ㄧ目標，運動控制卡計算從PC