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运动控制(Motion control)是自动化技术的一部分,是指让系统中的可动部分以可控制的方式移动的系统或是子系统。运动控制中的主要元件会包括运动控制器(motion controller)、功率放大装置、以及原动机(prime mover)或致动器。运动控制可以是没有运动讯号回授的开回路控制,也可以配合运动讯号回授,进行闭回路控制。在开回路系统中,控制器会透过功率放大装置传送讯号到原动机或致动器,但无法知道致动器是否有达到预期进行的动作。典型的系统包括步进马达或是风扇控制。若是要求准确度更高的系统,会在系统中加入量测设备(一般会在致动器端,或是致动器要到达的目的端)。再将量测结果转换成信号,送进控制器中,由控制器再调整致动器的动作,使致动器的动作和预期进行的动作之间的误差降到最小,这就是闭回路控制。
机器的位置或是速度一般会由液压泵、线性致动器或是电动马达(例如servo)之类的设备所控制。运动控制是机器人及CNC机床的一部分,而其中的运动控制会比较复杂。若是一般固定用途的机器,其运动学会比较简单,这类的控制会称为通用运动控制(GMC)。运动控制常用在包装、印刷、纺织、半导体器件制造及生产线。
运动控制包括了所有和物体移动有关的科技,其系统最小有小到微型的系统,例如硅基的微感应致动器,最大则到到太空船的发射。不过现今运动控制主要着重在配合电动致动器(例如交流或是直流的伺服马达)的运动控制系统。机器手臂的控制也是运动控制中的一环,因为大部分的机器手臂都是由伺服马达所控制,而其主要目的也是在运动控制[1]。
运动控制系统的基本架构会包括以下几项:
若是需要各运动控制器协同动作,运动控制器和其致动器之间的界面非常重要,有良好界面才能达到不同运动控制器的同步。最早期的界面只有类比讯号,后来也有使用脉冲信号,后来有许多运动控制的工业通讯协定,最早用在运动控制上的是1991年的SERCOS,现在已提升为SERCOS III。其他常用的通讯协定有MODBUS、EtherNet/IP、 Profinet IRT、Ethernet Powerlink及EtherCAT。
常见的运动控制功能有:
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