MAX多轴运动控制器应用设计+文献综述(3)
3、基于MAX设计人机控制界面，掌握运动控制器使用及设计。
1.5 本章小结
本章概述了运动控制技术研究的重要性，阐述了国内外运动控制技术的发展现状，阐明了课题的研究来源及意义，并说明了课题的主要研究内容。
2 系统总体方案设计
2.1运动控制方法选择
运动控制技术应用广泛，不同的领域、场合使用不同的控制方案，常用的运动控制系统方案有如下几种[11]：
(1)单片机系统
采用单片机作为控制器的控制系统，优点是成本较低，缺点是开发难度较大，需要开发人员对运动控制领域比较熟悉，开发周期长，而且由于一般的单片机受运算速度的限制，无法实现实时性要求较高的、复杂的控制算法。所以此方案只适用于产品批量较大、控制功能简单、实时性要求不高的系统。
(2)专业运动控制PLC
PLC是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。此方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料系统、自动焊机等。
(3)PC和运动控制卡
PC和运动控制卡构成多轴运动控制器，运动控制卡只需要从PC接收控制命令，然后自己完成运动有关的控制，几乎不占用微机CPU时间。随着PC的普及，此方案将是运动控制系统的一个主要的发展方向。而且大多数运动控制卡提供了Windows环境下的动态链接库，使用非常方便，不仅大大缩短产品开发周期，而且能够实现更完善的运动控制系统[12]。
从以上可以看出，“PC+运动控制卡"构成多轴运动控制器的控制方案将会成为主流，所以本系统采用“PC+运动控制卡”的主从控制模式设计多轴运动控制系统。
2.2 运动控制器的架构
运动控制器就像是运动控制系统的大脑，它要计算每个预定运动轨迹。该任务非常重要，因此它需要一个专门的资源以保证高度的确定性。运动控制器利用其所计算出来的运动轨迹来决定合适的扭矩命令，然后将其发送至电动机放大器，才真正产生运动。控制器还必须通过监测限制条件和紧急制动条件，来关闭控制环并处理监控(supervisory control)，从而保证安全操作。这些操作都必须实时实现，以确保有效运动控制系统所必需的高度可靠性、确定性、稳定性、安全性[13]。下面描述运动控制器的各种不同任务。
监控 - 提供了执行特定操作所需的命令、顺序安排和协调。这些特殊操作包括：
• 系统初始化，其中包括返回到零位置。
• 事件处理，其中包括：电子传动，基于位置信息的触发输出，基于用户定义事件的配置文件更新。
• 故障检测，其中包括：遇到限位开关停止运动，遇到紧急制动或者驱动故障、看门狗等时的安全系统反应。
轨迹发生器 – 根据用户定义的配置文件进行路径规划。
控制环 – 执行快速的闭环控制，在多轴上同步文持位置、速度和轨迹。控制环根据反馈信息来处理位置/速度环的关闭，并决定系统的响应和稳定性。在步进式系统中，由步进发生组件构成控制环。该控制环包含一个插值组件或者样条引擎(spline engine)，在轨迹发生器所计算出的两个设置点之间进行插值。这样，控制环的执行速度就会快于轨迹发生器[14]。图2-1描述了NI运动控制器的功能架构。
运动I/O – 作为模拟和数字I/O，发送并接受来自于运动控制系统其余部分的信号。一般来说，模拟输出用作驱动的命令信号，数字I/O则用于正交编码信号，作为电动机的反馈信号。运动I/O实现位置断点和高速捕获。同样，监控也使用运动I/O来实现必需的特定功能，如响应限位开关、生成初始化系统所需的运动模式等等[15]。