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運(yùn)動控制應(yīng)用中需要考慮的5個重要因素

在設(shè)計(jì)一款包含運(yùn)動控制的應(yīng)用時，有很多需要考慮的因素，比如使用什么類型的電機(jī)，如何選擇一款正確的電機(jī)驅(qū)動器，如何從系統(tǒng)中得到反饋，如何同步動作以及如何讓系統(tǒng)中的不同部分互相通信，這些都是在設(shè)計(jì)一款高可靠性運(yùn)動控制系統(tǒng)時需要解決的問題。如下，我們列出一些重點(diǎn)考慮的因素。

1. 選擇什么類型的電機(jī)

在任何類型的運(yùn)動控制應(yīng)用中，我們都需要首先為這個應(yīng)用選擇一款正確類型的電機(jī)。最常見的電機(jī)類型有步進(jìn)電機(jī)，直流無刷電機(jī)，伺服電機(jī)，交流同步電機(jī)或者交流感應(yīng)電機(jī)，我們通常基于電機(jī)自身的扭矩和速度特征來選擇。

當(dāng)然電機(jī)廠商也會幫助用戶選擇正確的電機(jī)，但是在做出決定前我們?nèi)匀恍枰私怆姍C(jī)的一些基本知識。

在閉環(huán)控制中，我們會遇到各種類型的傳感元件，比如，編碼器，光柵尺，旋轉(zhuǎn)變壓器，轉(zhuǎn)速計(jì)等。電機(jī)的閉環(huán)控制中，增量式編碼器提供相對于初始位置的位置信號，絕對值編碼器提供軸的絕對位置，并且在設(shè)備啟動時能夠進(jìn)行位置歸零。

2. 理解通信總線

控制器與驅(qū)動器之間的通信可以通過模擬信號，數(shù)字信號或者特定的通信總線。其中，通信總線負(fù)責(zé)將運(yùn)動指令從控制器傳遞到驅(qū)動器。在選擇通信總線時往往需要考慮許多因素，其中重要的因素是控制器和驅(qū)動器之間的距離以及將面臨的環(huán)境干擾。例如，在充滿干擾的環(huán)境中，像EtherCAT這樣的通信總線就比模擬信號更適用。然而，這種選擇還高度依賴于控制器和驅(qū)動器之間的兼容性，特別是選用不同廠商的控制器和驅(qū)動器時，兼容性不容忽視，比如，鳴志的STF系列總線型驅(qū)動器就是一款兼容性好的產(chǎn)品。

3. 什么是同步或者協(xié)同運(yùn)動

評估應(yīng)用需求以及運(yùn)動軌跡來提前確定多軸間是否需要同步或者協(xié)同，是設(shè)計(jì)中不可缺少的一步。同步多軸運(yùn)動最基本的方法是得出一個運(yùn)動矢量，然后算出其他軸的分量，從而將這些值同步到每個對應(yīng)的運(yùn)動軸。另一種方法就是通過電子齒輪，將一個運(yùn)動軸指定為另一個運(yùn)動軸的從動裝置，實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)動。我們通常可以通過主設(shè)定點(diǎn)的縮放軌跡得到從軌跡。有些應(yīng)用中則是由攝像頭或者傳感器來同步整個運(yùn)動，比如，一個用來測試HMI的系統(tǒng)需要將壓力傳感器的反饋值同步到探針上從而調(diào)節(jié)準(zhǔn)確的觸碰壓力，才能使整個系統(tǒng)正常工作。一條成品檢測系統(tǒng)上，攝像頭才是控制整個系統(tǒng)的主設(shè)備，起到同步協(xié)調(diào)作用。

4. 確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)確定了硬件以及同步方式后，我們需要決定在哪里執(zhí)行控制指令，常見的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種，分別是單節(jié)點(diǎn)控制（將控制指令集中在一臺設(shè)備中）和多節(jié)點(diǎn)控制（將控制指令分散到各個節(jié)點(diǎn)）。第一種單節(jié)點(diǎn)控制方法可以通過一臺中央控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，比如，具有運(yùn)動控制卡的IPC，這類系統(tǒng)易于設(shè)置和搭建，但是在擴(kuò)展性上有局限性，比如，受PCI插槽數(shù)量限制等。第二種多節(jié)點(diǎn)控制方法則需要用到多套智能驅(qū)動器，例如，鳴志STF系列，由驅(qū)動器負(fù)責(zé)運(yùn)行低級別的控制指令，比如，力矩或者速度的控制指令，這種多節(jié)點(diǎn)控制方式的限制是只能通過通信總線來搭建，鳴志EtherCAT智能驅(qū)動器的菊花鏈結(jié)構(gòu)就是這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型案例。

5. 找合適的開發(fā)軟件

一些運(yùn)動控制系統(tǒng)都可以單獨(dú)運(yùn)行的，而有些系統(tǒng)則需要和其他系統(tǒng)進(jìn)行集成，最常見的就是集成視覺系統(tǒng)，這時候就需要我們學(xué)會用開發(fā)軟件，很多開發(fā)軟件中的功能都是模塊化的，通過開發(fā)軟件，我們可以替換不同品牌的同類產(chǎn)品，而不需要對控制指令或者代碼進(jìn)行過多的更改。此外，還可以通過模擬環(huán)境來測試整個運(yùn)動過程，在實(shí)物化之前就能完成大多數(shù)的指令編寫和電機(jī)參數(shù)調(diào)整。