运动控制技术.ppt

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1、运动控制技术北京元茂兴傅奕劼什么是运动控制？一个典型的运动控制系统构成驱动机构功率放大运动控制器执行机构减速机构机械装置传动机构编码器光栅人机界面现场过程信号运动控制研究的内容★对多台电机位置、速度、转矩等参数的精确、快速控制★控制单台电机的点位运动及多台电机的插补运动，实现我们希望的加工轨迹及空间曲线★选择不同的控制方式及系统配置，实现最优控制我们希望实现的★系统运行稳定可靠，连续运行的能力，抗干扰能力★高精度，包括定位精度，重复定位精度，动态跟随误差等★快速响应性好★快速上手，开发周期短★易于维护运动控制系统★运动控制是自动控制中的一个重要分支。伺

2、服控制是核心。它是一个集自动化技术，计算机技术，机械技术，电子技术，通讯技术等的综合技术。★运动控制系统是一个比较复杂的系统，各个环节都对这个系统产生影响★可靠、功能强大的控制器，稳定的执行机构，精确的反馈机构精密的机械结构等等运动控制器(系统的大脑)★执行编写的程序，控制执行机构的动作★完成伺服闭环的计算★通过插补计算，得出各个电机轴的位置★采集现场I/O信号，控制I/O设备★与PC及其他现场设备进行通讯★能够实现各种运算功能，程序的流程控制等。程序开发非常类似于PC上开发程序。执行机构——步进电机·主要用于开环控制·步距角：一个脉冲对应的角度常见1

3、.8°(2相)，0.72°（5相）加细分后可做到很小的步距角·优点：简单易用，刚度高，多为直流供电，高细分的步进电机可做到很小的步距角·缺点：开环控制丢脉冲影响精度，速度过小易出现低频振荡，速度过高输出转矩下降。常用于100rpm——300rpm间工作。执行机构——伺服电机直流有刷电机·定子为永磁铁，转子上是线圈绕组·单相电机，换向波形为方波(梯形波)·机械换向——电刷及换向器·反馈：测速机或编码器执行机构——伺服电机直流有刷电机·优点：结构简单，价格便宜；力矩波动小，速度波动小(测速机反馈)，多用于速度稳定性要求高的场合。·缺点：需要定期维护(更换电

4、刷)；换向火花；散热困难影响寿命；最大速度不易超过3000rpm。执行机构——伺服电机无刷电机·动子为永磁铁，电枢绕组在定子上。·三相电机，换向波形为三相正弦波。·电换向。HALL信号检测磁极位置。·编码器反馈。执行机构(四肢)★执行运动控制器发出的控制信号，带动机械负载动作★步进电机、伺服电机、力矩电机、直线电机、直驱电机、音圈电机等力矩电机驱动机构功率放大运动控制器执行机构减速机构机械装置传动机构编码器光栅人机界面现场过程信号力矩电机力矩电机★可以提供低速、大转矩，取消了减速机构★低速稳定性好，力矩输出平稳，精度高，力矩波动小直线电机驱动机构功率放

5、大运动控制器机械装置传动机构执行机构减速机构编码器光栅人机界面现场过程信号直线电机E-MOTION·直线电机可以看做将旋转电机沿径向剖开，然后将电机沿圆周展成直线·取消了机械传动装置·无机械误差，高精度·无运动滞后现象，高响应性及高刚度·不受传动机构惯量及阻力矩影响，速度快，加减速时间短·无机械摩擦，噪音低·散热性好直线电机直线电机★半导体芯片★DNA检测★印刷机构★磁悬浮列车驱动器★功率放大，将控制信号放大为控制电机运行的电压（电流）信号，PWM放大技术★保护电机，过热，过载，过电流，欠电压等★伺服闭环★控制三相电的通电顺序反馈设备★直接影响运动控制

6、系统的精度★检测电机的位置、速度、电流及磁极位置★增量型编码器，绝对型编码器，旋转变压器，直线光栅，圆光栅转矩反馈位置指令PG位置反馈速度反馈转矩闭环速度闭环位置闭环++-積分增益位置回路增益+-+-速度回路增益伺服系统(三闭环反馈系统)如何将现有的控制系统组合起来？重点是控制器与驱动器的配合控制器与驱动器结合的多种方式(策略)在不同策略下控制器与驱动器各自输出及接收信号的类型在不同策略下控制器与驱动器各自要完成的功能各种策略的优缺点常用的运动控制名词控制器与驱动器的结合控制器与驱动器结合策略我们归纳了6种控制器与驱动器的组合策略，基本上覆盖了目前运

7、动控制领域中的所有组合。每一种组合策略都有其优缺点，或者适用的场合。始终抓住伺服系统的3闭环反馈系统的特性。不同的策略最主要的差别就是：这些闭环分别在哪里完成？电机由谁负责换向？控制器与驱动器结合策略-1运动控制器开环(不闭环)运动控制器输出脉冲类型信号给伺服驱动器，类似于控制步进电机的工作方式伺服驱动器工作于位置控制模式伺服驱动器内部要完成三闭环(位置环，速度环及电流环)，伺服驱动器负责电机的换向。在这种模式下，控制器仍然可以接收来自于驱动器的编码器信号或外部的光栅尺信号，但是在控制器中不对这些信号做闭环。控制器与驱动器结合策略-1控制器与驱动器结合

8、策略-1小知识：常见的脉冲指令类型1、脉冲+方向2、CW/CCW3、EncoderA/B控制器