假期忙,学习不打烊!丨运动控制技术的探讨

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运动控制通常指通过对机械运动部件的位置、速度、加速度及力矩等进行实时控制,使各个运动部件按照预期运动轨迹和设定运动参数进行协同运动,以达到高精度,低延时的一种控制技术。

运动控制是自动化的一个分支及重要组成部分,它使用作动器(如液压泵,线性执行机或电机等运动部件)实现控制机构运动的目的,已经被广泛应用在点胶、贴片、打磨、焊接、分拣和装配工业中。

运动控制系统的组成:

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运动控制系统的特点:

  1. 实时性
    实时性是指在规定时间内系统的反应能力,良好的实时性是实现高品质运动控制技术的前提。运动控制器在运行过程中会不断地向伺服驱动传输指令和数据,伺服驱动执行指令和状态反馈必须在同一个周期内进行,所以只有通过保证时间上的同步性,才能保证数据传输的有效性。通常工业级产品(例如点胶机、涂敷机和数控机床等)的实时性至少需要达到ms级。

  2. 高速高精
    高速高精是衡量运动控制系统性能的重要指标。正所谓“天下武功,唯快不破”,对于运动控制,这个说法也成立。当前工业生产线不断地要求提高工作效率和提高产品质量,所以追求自动化产品的高速高精是必然趋势,然而目前行业内认知后发现高速度和高精度是一个矛盾体,以点胶为例,实际点胶的运行轨迹曲线和速度变化往往比较复杂,如果单纯提高点胶速度,那每个插补周期的步长就会变大,从而导致轨迹的平滑性和精度下降;反之,如果要求轨迹曲线足够光滑,加工速度波动尽可能小,速度变化的拐点平滑过渡等,这样就造成点胶速度下降。所以探索一种好的控制方法,在尽可能保证速度快的前提下又能满足精度的要求成为了行业内的一个难点。

  3. 高可靠性
    工业设备在长期的运行过程中保持稳定性和可靠性是用户最基本的要求,现代工业化场景中,设备的场景比较复杂,不确定性因素较多,作为设备的大脑,运动控制系统要求能够实时处理一些复杂的情况,以保证设备长期稳定运行。

 

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运动控制面临的技术问题与挑战:
运动控制技术是多学科复合技术,包含机械与电子、硬件和软件、算法和分析。影响运动控制系统性能的主要因素有:
· 规划的运动轨迹的种类(直线,圆,弧线,样条曲线等)
· 轨迹相对时间的阶次
· 最大速度,最大加速度
· 位置、速度精度要求
· 多轴联动轴数
· 运动轴之间的同步
· 伺服轴的数目
· 伺服控制

 

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运动控制技术的机遇和挑战

随着中国智能制造风的兴起以及国家政策整体倾向,中国运动控制技术的发展迎来新的机遇与快速道;运动控制技术是智能制造的底层核心组成部分和最终的执行单元,没有运动控制的精确执行与稳定性,智能制造就无从谈起。从运动控制的发展来看,其制约条件主要有以下几个方面:

  1. 运动控制本身的技术难点:对于多关节多耦合重负载以及复杂场景下运动控制来说,目前国内多数厂商还未能有突破性的进展,类似与串联机械臂的动力学控制等复杂机构。

  2. 硬件限制:随着运动控制技术对精度与实时性的要求越来越高,我们必须采用更高性能的控制芯片来提高计算时间,以及保证通讯的实时性。目前控制周期大部分都采用ms级别,如果能够达到us级别则可以同时提高轨迹精度与运动速度,因此运动控制技术也会随着硬件技术的发展而逐步提高。

  3. 机构的制造精度与传动部件的装配技术:运动控制器通过发送控制指令到电机进行控制机构运动,但是电机端到最终执行端譬如点胶头,会经过若干传动机构与运动转换部件,过程中也存在一些精度损失。因此运动控制的精度也需要考虑部件的制造和装配问题。

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运动控制系统是智能制造装备的核心,在智能制造大力推进、传统制造业转型升级等背景下,国内的运动控制行业市场规模持续增长,公司通过对运动控制技术的研发持续投入和技术积累,在行业市场上升过程中不断发展自我和实现自我,最终实现公司的发展目标与愿景。


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