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?运动控制系统由哪些部分组成?

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运动控制小正
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发表于:2022/11/7 15:22:50
#0楼
控制结构模式一般是:运动控制器+驱动器+执行机构(步进或伺服电机)+反馈装置(例如:编码器)。接线参考如下图,在此基础上还可以接入触摸屏和机器视觉。


1.运动控制器

运动控制器是运动控制系统的核心部件,负责产生运动路径的控制指令,用于设备的逻辑控制,将运动参数分配给需要运动的轴,并对被控对象的外部环境变化及时做出响应。

通用运动控制器通常都提供一系列运动规划方法,基于对冲击、加速度和速度等这些可影响动态轨迹精度的量值加以限制,提供对运动控制过程的运动参数的设置和运动相关的指令,使其按预先规定的运动参数和规定的轨迹完成相应的动作。

运动控制器通过一定的通信手段将控制信号或命令发送给驱动器,驱动器为执行机构(通常为电机)提供转动能源动力,运动控制器接收并且分析反馈信号,得到跟随误差后,根据控制器的算法,产生减小误差的控制信号,从而提高了运动控制的精度。典型的控制器有下几类:PLC可编程逻辑控制器、专用的运动控制器。

运动控制器提供运动缓冲区来存储运动指令,方便运动轨迹的规划,详情参见经济型EtherCAT运动控制器(七):运动缓冲章节。

通常速度规划曲线包括梯形速度曲线、S型速度曲线,S型速度曲线通过限制加速度和加加速度来实现冲击的限制,故可以使运动更加平滑,不加限制时的速度曲线即为梯形速度曲线。对于高加速度、小行程运动的快速定位系统,其定位时间和超调量都有严格的要求,往往需要高阶导数连续的运动规划方法。


2.驱动器

驱动器是运动控制系统的转换装置,用于将来自运动控制器的控制信号转换为执行机构的运动,典型的驱动器如变频器、步进驱动器、伺服驱动器。

控制器产生的命令信号是微小信号,通过驱动器放大这些信号以满足电机的工作需求,故伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”或“伺服放大器”,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。

伺服驱动器一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度传动系统的控制。尤其是应用于交流永磁同步电机控制的伺服驱动器已经成为国内广泛采用的产品。伺服驱动器的调速范围宽、精度高、可靠性高,还提供多种参数供用户调节。

步进驱动器是将接收到的运动指令转换为步进电机的角位移(对应步距角)的执行机构。通常情况下接收对应位移的脉冲信号时,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,按设定的方向转动一个步距角,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。外部控制器可以通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量,从而达到调速和定位的目的。步进系统被广泛应用于雕刻机、电脑绣花机、数控机床、包装机械、点胶机、切料送料系统、测量仪器等设备上。


3.执行机构

执行机构是运动控制系统中的控制对象,用于将驱动信号转换为位移、旋转等,执行机构通过一些机械机构连接,实现控制对象的运动。常见的执行机构如各种类型的电机、液压、启动设备。

常见的传动机构有:滚珠丝杆、齿轮传动、齿条传动、带传动、丝杆传动,链传动、液压传动、气压传动等。本节主要介绍部分常见旋转类的电机执行器。

电机主要分为步进电机和伺服电机,二者的控制方式不同,步进电机通过控制脉冲的个数控制转动角度的,一个脉冲对应一个步距角。伺服电机通过控制定子电角度的旋转,带动转子的旋转,并经过编码器的反馈构成闭环,从定位到目标角度。伺服电机运行平稳,还具有较强的过载能力,各方面性能优于步进电机。


4.反馈装置

反馈装置是运动控制系统中进行检测并处理反馈的装置,主要反馈的是负载的位置和速度,例如编码器、光栅尺等,编码器是一种非常常见的反馈装置。伺服电机一般自带编码器,如图1.2-4左侧模块,编码器用于反馈电机的实际运行情况,例如电机的当前位置和速度。

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