多轴联动电压输出型运动控制器  一些运动控制器的轨迹产生器具有轮廓轨迹的插 补功能，适用于多轴轮廓轨迹联动控制。

　　 控制器内具有运动轨迹产生器、数字变脉冲模块，也有的 具有反馈信号接口模块；  输出 脉冲、方向信号作为电机驱动器的指令信号；  输出的脉冲的个数对应电机的希望位置，脉冲的频率对应 电机的速度；  适用于步进电机或以脉冲链作为输入信号的伺服电机系统 的控制。

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　　• 为建立X轴和Z轴间凸轮关系，设线速度设为V，则在各个 相等的时间片段Δti内，工件轮廓移过的弧长ΔL应该相等。

　　ΔL=Δθi×ri ri为各相等时间片段所对应的转动半径，半径不同，则转

　　 将工件轮廓总长作200等分，即： Δ L=L/200  根据Hale Waihona Puke Baidu轮廓曲线个相等的弧长 Δ L各自所对应的转角Δ θ i与半径ri；  将这200个Δ θ i与ri数据制成凸轮表;  执行凸轮控制指令，便可控制Z轴电机用200个相 等的时间转过不同的角度Δ θ i，并保持V恒定；  X轴电机和Z轴电机按凸轮表同步运动，从而使注 胶头随工件半径不同调整在X轴的位置。

　　 电机首先以加速度A加速到最大速度V，在这个速度下恒速 运行一段时间后再以加速度A减速直至达到目标位置；  设加速度和减速度相等，所以加速段和减速段电机的位移 也是相等的；  输入：目标位置P，最大速度V及加速度A；采样时间为T。 输出：每个瞬间电机的希望位置p(t) →p(nT)；  P(t)对应该瞬时速度曲线下的面积；

　　 位置回路的功能：使伺服电机实际位置能够跟随 轨迹发生器发出的希望位置，并在保证稳定的前 提下以要求的精度及响应速度运动。  为达到系统性能要求，回路中应有控制策略。  大部分运动控制器具有PID控制策略，一些有速 度前馈、加速度前馈策略。

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　　假定 P——电机位置 V——电机速度 A——电机加速度 PN——电机位置 VN——电机速度 AN——电机加速度 N——传感器分辨率 T——采样周期 因此 PN  N  P 单位为转； 单位为 转/秒； 单位为转/秒/秒； 单位为脉冲数； 单位为脉冲数/采样； 单位为脉冲数/采样/采样； 单位为脉冲数/转； 单位为秒/采样。 脉冲数

　　4.1 两种输出形式的运动控制器 4.2 运动控制器的功能 4.3 运动控制器的结构类型 4.4 运动控制器的技术指标 4.5 基于网络的运动控制技术

　　 伺服电机系统一般即可由电压输出型也可由脉冲输出型运 动控制器控制。  当由电压输出型运动控制器控制时，其D/A转换器输出的 电压作用于驱动器的速度回路或力矩回路，位置回路在运 动控制器中闭合；  当由脉冲输出型运动控制器控制时，其脉冲及方向信号作 用于驱动器位置回路输入端，位置回路在驱动器中闭合。

　　 有些运动控制器具有实时修改速度及加速度的功能。  加速度和减速度也可能不同。

　　电机位置运动轨迹规划及产生 对电机驱动器发出控制指令 处理位置传感器输出的位置信息 位置回路控制算法 寻零机构及机械接口 通用I/O接口 驱动器接口 控制软件

　　对应运动控制的三种类型，有三种形式的运动轨迹：  单轴或多轴点到点（point to point 简称PTP)控制， 也称点位控制，电机的运动轨迹一般是梯形或S型 的速度曲线。  单轴或多轴连续轨迹（Continuous Path，简称CP), 也称轮廓控制，多轴合成运动形成直线、圆弧或任 意形状曲线的运动。  同步控制 运动过程中某一个轴的运动跟随另一轴 运动或某一个轴运动的位置或速度随外部条件出现 而改变。如电子齿轮，电子凸轮等。

　　 DC, BLDC,PMAM电机伺服系统都需要位置回路实现伺 服控制；  Stepping Motor 需要运动控制器发出脉冲、方向信号；  事实上，运动控制器还具有一些其它功能。

　　1、电压输出型运动控制器    控制器内具有运动轨迹产生器、控制算法、反馈信号接 口，D/A转换器等模块； 在运动控制器中实现位置闭环； 一般输出±10V范围内的直流电压信号，作为驱动器内 速度回路或力矩回路的指令信号；

　　 电子凸轮是使几个运动轴按某一预先设定的轨迹同步运行的 一种运动控制模式。  设定的轨迹基于表格形式。  下图确定了一种电子凸轮关系，其中：X轴为主轴，Y为从轴。  根据图示关系可制成凸轮表。  从轴的速度由主轴及凸轮表决定 步 号 1 2 X轴 0 2000 Y轴 0 3000

　　 梯形速度曲线加速度是突变的，对机构冲击力较大。  S形速度曲线加速度是渐变的，对机构冲击力较小。

　　 电机在曲线两区以最 大加速度做恒加速和恒减速运动；在4区做恒速运动。  输入：目标位置P、最大速度V、最大加速度A及加速度导数J 输出：为每个瞬间电机的希望位置p(t)。

　　u(n)——位置控制器在采样时刻nT时的输出信号； e(n) ——在采样时刻nT时的位置误差信号；

　　 可在机械轴上设置零位开关，当运动控制器接收到零位信号 时，将位置计数器清零。  由于零位开关的动作时间限制，这种寻零操作不是很精确。  可利用编码器索引信号（Z相信号）完成精确的寻零操作。  电机先高速运行，碰到零位开关后减速，然后等待索引信号， 索引信号到达后，将位置计数器清零。  由于A,B,Z三个信号同步性，这种寻零方式能使系统零位精 确到编码器一个分辨率。  这需要运动控制器有高速位置捕捉寄存器，记住Z相信号到 达时电机的位置。

　　 各轴独立运动，不能保证合成轨迹，不能保证同时到达。  这实际上是两轴各自做点位运动。

　　 每个采样周期通过轨迹规划和插补算法计算出轨迹上 的一个点。  各轴协调运动，保证合成轨迹，保证同时到达。

　　 电子齿轮是使几个从轴跟随某一主轴同步 运动的一种运动模式。  从轴的运动轨迹由主轴运动轨迹及预先设 定的齿轮比决定，从轴不做轨迹计算。  电子齿轮的两种方式 主轴是有驱动的轴 主轴是无驱动的轴

　　主从轴之间的关系可以是某种函数关系， 如： Y = 0.5 * X 100 sin (0.18*X) 可离线编程计算出数字关系，并制成凸轮 表。

　　 PID控制策略作用于反馈回路产生的误差信号， 它们的输出经D/A转换后作为速度回路或力矩回 路的指令信号。  控制参数Kp,Ki,Kd由使用者根据性能指标要求在 设计或调试过程中确定 。

　　• XOY平面内一工件绕Z轴旋转，胶体从注胶头匀速挤出， 使胶体涂满工件外廓。 • 工件外廓为椭圆，因此需不断调节注胶头在X轴上的位置 • 为了保证胶体在工件外廓上均匀分布，要求工件外廓上各 点转过点A时的线. 机械接口

　　机械接口是运动控制器对限位开关信号的接口。 当机构运动超出机构运动范围时，限位开关动作。 运动控制器在接收到这个信号后立即使电机停止运动。 电机可反向运动退出限位状态

　　 用于驱动器与控制器之间的信号联络及时序控制，一般以 高低电平的信号形式出现。下面列出的仅是主要的几个：  伺服准备好信号：驱动器输出信号。驱动器上电后，首先 启动自检程序，当确认内部各部分电路及编码器、伺服电 机的接线均处于正常状态时，输出此信号到运动控制器。  使能信号：驱动器输入信号。当运动控制器接收到驱动器 发出的“伺服准备好”信号后，即发使能信号到驱动器， 使其投入工作。这时只要给驱动器各回路输入指令信号， 电机即可运转。  报警信号：驱动器输出信号。当驱动器检测到其内部或外 部的故障时发出报警信号到运动控制器，使其停止发出指 令信号。运动控制器应有相应的接口电路在电机运行过程 中实时检测这个信号的变化。  尤其是机器人一类多轴联动系统，当某一轴发生报警时， 如不采取措施使整个系统停止运行。则会使其偏离要求的 运动轴迹，导致碰撞的危险。