运动控制（Motion Control）通常是指在复杂条件下将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制。

　　运动控制器就是控制电动机的运行方式的专用控制器：比如电动机在由行程开关控制交流接触器而实现电动机拖动物体向上运行达到指定位置后又向下运行，或者用时间继电器控制电动机正反转或转一会停一会再转一会再停。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。

　　1）一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置的反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。

　　2）一个驱动器或放大器用来将运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的電流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。

　　4）一个反馈传感器如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备等用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。

　　5）众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线、运动控制器原理

　　运动控制器执行着四个基本任务：传送位置反馈码；发出定位指令或运动波形；关闭位置回路和补偿稳定度。在这四个任务当中，最基本的是传送电动机位置信号和关闭位置回路。电动机位置的确定来自反馈信号，有时还有增量编码器，以及同指令位置的比较信号。实际位置和指令位置之间的差值就是所谓的位置误差。

　　控制器的任务是在无振荡载荷的条件下将位置误差减到最小程度。大多数情况下，这个任务可由比例微积块或 PID的控制算法来完成。PID的输出信号通过数字化模拟转换器进入放大器和电动机。PID控制器算法的数学表达式：

　　运动控制器还有产生波形的功能，它能产生与时间无关的位置函数与所要求的速度波形相对应。运动的基本要求可用总距离、转换速度和加速度来表明。因为电动机的位置总是同指令位置一致，运动波形则控制着运动的路径和速度，除了这些基本的任务以外，一台先进的运动控制器还可以执行高层次的功能，例如主机的处理命令、任务排序、I 处理和误差处理。这些特殊功能使控制器实现安全独立的操作。

　　基于总线的运动控制器是利用计算机硬件和操作系统，并结合用户开发的运动控制应用程序来实现的，具有高速的数据处理能力。总线形式上主要有ISA接口、PCI接口、VME接口、RS232接口和USB接口等。这种运动控制器大都采用DSP或微机芯片作为CPU，可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动、外部IO之间的标准化通用接口功能，同时随控制器还提供功能强大的运动控制软件库C语言运动函数库、Windows DLL动态链接库等，可供用户根据不同的需求，在DOS或WINDOWS等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统。

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　　例如美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器，采用Motorola公司的高性能数字信号处理器DSP5600X作为CPU，可以最多同时控制8根轴，与各种类型的主机、放大器、电机和传感器一起完成各种功能。英国阿沃德公司的TRIO运动控制卡、固高科技（深圳）有限公司的GT系列运动控制器产品和美国NI公司的NI系列运动控制器等都是这类产品。

　　这类运动控制器通常都能提供板上的多轴协调运动控制和复杂的运动轨迹规划、实时地插补运算、误差补偿、伺服滤波算法，能够实现闭环控制。由于采用FPGA技术来进行硬件设计，方便运动控制器供应商根据客户的特殊工艺要求和技术要求进行个性化的定制，形成独特的产品。

　　基于Soft型开放式运动控制器提供给用户很大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部IO之间的标准化通用接口，如同计算机中可以安装各种品牌的声卡、CDROM和相应的驱动程序一样。用户可以在Windows平台和其他操作系统的支持下，利用开放的运动控制内核，开发所需的控制功能，构成各种类型的高性能运动控制系统，从而提供给用户更多的选择和灵活性。

　　这种控制器的典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国PA（Power Automation）公司的PA8000NT，美国Soft SERVO公司的基于网络的运动控制器和国内的固高科技有限公司的GO系列运动控制器产品等。Soft型开放式运动控制的特点是开发、制造成本相对较低，能够给予系统集成商和开发商更加个性化的开发平台。此类产品的价格国内产品普遍要低于国外产品，但在技术性能上也存在一定差距。

　　这类运动控制器是把计算机嵌入到运动控制器中的一种产品，它能够独立运行。运动控制器与计算机之间的通信依然是靠计算机总线，实质上是基于总线结构的运动控制器的一种变种。在使用中，采用如工业以太网、RS485、SERCOS、Profibus等现场网络通信接口联接上级计算机或控制面板。嵌入式的运动控制器也可配置软盘和硬盘驱动器，甚至可以通过Internet进行远程诊断，例如美国ADEPT公司的SmartController，固高科技公司的GU嵌入式运动控制平台系列产品等。

　　即仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关。相应的运动控制器要求具有快速的定位速度，在运动的加速段和减速段，采用不同的加减速控制策略。在加速运动时，为了使系统能够快速加速到设定速度，往往提高系统增益和加大加速度，在减速的末段采用S 曲线减速的控制策略。为了防止系统到位后震动，规划到位后，又会适当减小系统的增益。所以，点位运动控制器往往具有在线可变控制参数和可变加减速曲线）连续轨迹运动控制

　　又称为轮廓控制，主要应用在传统的数控系统、切割系统的运动轮廓控制。相应的运动控制器要解决的问题是如何使系统再告诉运动的情况下，既要保证系统加工的轮廓精度，还要保证刀具沿轮廓运动时的切向速度的恒定。

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　　指多个轴之间的运动协调控制，可以是多个轴在运动过程中进行同步，也可以是在运动全程中的局部有速度同步，主要应用在需要有电子齿轮箱和电子凸轮功能的系统控制中。从动轴的位置在机械上跟随一个主动轴的位置变化。

　　三种可供选择的最普通的运动控制器都是基于物理结构：基于PLC的控制器，基于PC的控制器和单独控制器。基于PLC和基于PC的控制器是典型的多轴单元，可为许多任务提供更加紧密的轴间同步，这些任务诸如：插入、路径控制以及从动于公共主控反馈源的多轴。现在，随着控制器中许多高速通信网络选择的出现，这些相同的功能在单独模型中同样可以实现。

　　基于PC的控制器可用于简单或复杂应用，例如计算机记数控制和半导体工具，用带一个CPU的单片卡对于需要路径同步的多轴控制比较适合

　　对于单轴点到点定位及速率等简单的运动控制应用，基于PLC的控制器是理想选择，它有几点优势，例如易于与大型I/O记数系统中机器I/O的集成安装。基于PLC的运动控制器现在可以提供软件工具，从而简化了编程、日志和报警管理等。这些PLC控制器多用于带有机器控制逻辑和大型多样I/O的高负荷系统。在这些应用中，直接给现有PLC增加了运动模块以

　　基于PC的控制器通常情况下包括一个用于控制伺服环的微处理器和一个运动程序。这些控制器相当于带有一个CPU的单片卡，可广泛应用于多种简单或复杂应用，例如计算机记数控制和半导体工具，尤其是适用于需要路径同步的多轴控制。

　　基于PC的系统还能提供最直接的与企业资源规划和数据库应用等无控制系统的整合路径。为PC机设计的基于软件的控制器也开始出现，但来自于PC的对于实时控制的需求以及对系统崩溃的担心减缓了这一趋势的发展

　　无论是对于小型单轴机器还是通过分布式网络构建的大型机器，单独控制器都能提供应用解决方案。智能型单独控制器对每一个轴来说可以减少需求组件数和点到点线路，从而在增强诊断功能的同时降低了控制面板所占空间和安装及故障排除时间。总体的运动控制执行情况可以通过在控制和驱动之间使用紧密结合装置而得以改善，并且这种改善并不会在多轴系统中降低。

　　实际上是形成运动的速度和位置的基准量。合适的基准量不但可以改善轨迹的精度，而且其影响作用还可以降低对转动系统以及机械传递元件的要求。通用运动控制器通常都提供基于对冲击、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的运动规划方法，用户可以直接调用相应的函数。

　　对于加速度进行限制的运动规划产生梯形速度曲线；对于冲击进行限制的运动规划产生S形速度曲线。一般来说，对于数控机床而言，采用加速度和速度基准量限制的运动规划方法，就已获得一种优良的动态特性。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。

　　通用运动控制器提供的多轴插补功能在数控机械行业获得广泛的应用。近年来，由于雕刻市场，特别是模具雕刻机市场的快速发展，推动了运动控制器的连续插补功能的发展。在模具雕刻中存在大量的短小线段加工，要求段间加工速度波动尽可能小，速度变化的拐点要平滑过渡，这样要求运动控制器有速度前瞻和连续插补的功能。固高科技公司推出的专门用于小线段加工工艺的连续插补型运动控制器，该控制器在模具雕刻、激光雕刻、平面切割等领域获得了良好的应用。

　　电子齿轮和电子凸轮可以大大地简化机械设计，而且可以实现许多机械齿轮与凸轮难以实现的功能。电子齿轮可以实现多个运动轴按设定的齿轮比同步运动，这使得运动控制器在定长剪切和无轴转动的套色印刷方面有很好地应用。

　　另外，电子齿轮功能还可以实现一个运动轴以设定的齿轮比跟随一个函数，而这个函数由其他的几个运动轴的运动决定；一个轴也可以以设定的比例跟随其他两个轴的合成速度。电子凸轮功能可以通过编程改变凸轮形状，无需修磨机械凸轮，极大简化了加工工艺。这个功能使运动控制器在机械凸轮的淬火加工、异型玻璃切割和全电机驱动弹簧等领域有良好的应用。

　　指在运动过程中，位置到达设定的坐标点时，运动控制器输出一个或多个开关量，而运动过程不受影响。如在AOI的飞行检测中，运动控制器的比较输出功能使系统运行到设定的位置即启动CCD快速摄像，而运动并不受影响，这极大地提高了效率，改善了图像质量。另外，在激光雕刻应用中，固高科技的通用运动器的这项功能也获得了很好地应用。

　　可以锁存探针信号产生的时刻，各运动轴的位置，其精度只与硬件电路相关，不受软件和系统运行惯性的影响，在CCM测量行业有良好的应用。另外，越来越多的OEM厂商希望他们自己丰富的行业应用经验集成到运动控制系统中去，针对不同应用场合和控制对象，个性化设计运动控制器的功能。固高科技公司已经开发可通用运动控制器应用开发平台，使通用运动控制器具有真正面向对象的开放式控制结构和系统重构能力，用户可以将自己设计的控制算法加载到运动控制器的内存中，而无需改变控制系统的结构设计就可以重新构造出一个特殊用途的专用运动控制器。