运动控制和相关技术架构V04(初级)课件.ppt

1、运动控制及其相关技术架构内容提纲 一、工业自动化与运动控制一、工业自动化与运动控制 二、运动控制类型、应用和系统组成二、运动控制类型、应用和系统组成 三、运动控制目标参数与数据流程三、运动控制目标参数与数据流程 四、运动控制器产品线和技术线分析四、运动控制器产品线和技术线分析 五、运动控制器的硬件架构五、运动控制器的硬件架构 六、运动控制器的软件架构六、运动控制器的软件架构一、工业自动化与运动控制工业控制自动化技术工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测检测、控制控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的

2、综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统软件、硬件和系统三大部分。工业自动化的概念工业自动化的概念技术手段技术手段研究范围研究范围预期目标预期目标一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展工业自动化的发展趋势工业自动化的发展趋势中国工业自动化的现状中国工业自动化的现状我国每年都要进口大量的先进装备，例

3、如：制造手机的许多设备是从德国进口的；三峡工程的一些发电设备是的；大型工程机械主要是日本和德国的；集成电路的主要生产设备是美国的；汽车生产线上的很多设备是日本、美国或德国的；高档纺织机械很多是日本和意大利的；机床数控系统主要来自日本和德国；中国工业自动化的难关中国工业自动化的难关我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难点：一、自动化技术应用较少；二、缺少光机电一体化技术人才；三、先进的传感器技术应用匮乏，难以生产先进高档装备；四、信息技术应用较少，在新一代技术标准和开放技术面前缺少集成能力。工业自动化与运动控制的关系工业自动化与运动控制的关系工业自动化设备自动化管理自动化PLC运动控制运动控制

4、数据采集运动控制的范畴运动控制的范畴狭义的运动控制狭义的运动控制：电机的控制电机的控制广义的运动控制广义的运动控制：控制器控制器 驱动驱动 电机电机 传动机构传动机构普通电机普通电机+变频器变频器步进电机步进电机+驱动器驱动器伺服电机伺服电机+驱动器驱动器运动控制的概念运动控制的概念运动控制技术运动控制技术是一门结合了电机学、自动控制学、电气技术、机电一体化技术、计算机控制技术的综合技术。在生产实际中，使用运动控制技术/设备，能够解决各种复杂的定位控制定位控制问题，因此它在设备自动化领域得到了广泛的应用。二、运动控制类型、应用和系统组成运动控制的类型运动控制的类型 单机点位运动控制单机点位运动

5、控制 轨迹运动控制（轮廓控制）轨迹运动控制（轮廓控制）生产线同步运动控制生产线同步运动控制单单机机点点位位运运动动控控制制轨轨迹迹运运动动控控制制生生产产线线同同步步运运动动控控制制运动控制的应用行业运动控制的应用行业 1）传统机床行业）传统机床行业 车床、铣床、磨床、冲床、钻床等等车床、铣床、磨床、冲床、钻床等等 2）电子设备行业）电子设备行业 PCB钻铣、钻铣、SMT设备等等设备等等 3）医疗设备行业）医疗设备行业 血浆机、超声聚焦刀等等血浆机、超声聚焦刀等等 4）激光加工行业）激光加工行业 激光雕刻、激光切割等等激光雕刻、激光切割等等 5）印刷包装行业）印刷包装行业 6）办公自动化行业）

6、办公自动化行业 运动控制的系统组成运动控制的系统组成运动控制器运动控制器（如（如MPC系列）系列）人机交互人机交互（显示、键盘）（显示、键盘）外部信号外部信号（限位、原点等）（限位、原点等）步进步进/伺服伺服电机驱动器电机驱动器位置反馈位置反馈运动控制的系统示例运动控制的系统示例点胶示教机器人点胶示教机器人运动控制产品运动控制产品机械传动机械传动 丝杆螺母、齿轮齿条（同步带）、减速机丝杆螺母、齿轮齿条（同步带）、减速机执行电机及其驱动执行电机及其驱动 步进电机及其驱动器步进电机及其驱动器 伺服电机及其驱动器伺服电机及其驱动器 直线电机、平面电机直线电机、平面电机运动控制器运动控制器 PLC（+

7、运动控制模块）运动控制模块）数控系统：西门子、法那克数控系统：西门子、法那克 PC-base运动控制卡：运动控制卡：MPC0103/07/08 独立式运动控制器：独立式运动控制器：MPC6xxx、Trio传感检测、人机交互传感检测、人机交互集成化产品：集成化产品：Exlar电动缸 JVL电机机械传动机械传动导轨、滑台、丝杠传动等导轨、滑台、丝杠传动等减速器减速器执行电机及驱动器执行电机及驱动器步进电机其驱动器步进电机其驱动器伺服电机其驱动器伺服电机其驱动器直线电机运动台直线电机运动台运动控制器运动控制器PLC数控系统数控系统脱机式运动控制器脱机式运动控制器PC-Base控制卡控制卡集成化产品集

8、成化产品电动缸电动缸JVL一体化电机一体化电机三、运动控制目标参数运动控制目标参数与数据流与数据流运动学参数运动学参数 力学参数力学参数 刚度刚度阻尼阻尼惯性惯性位移位移速度速度加速度加速度控制目标参数控制目标参数 精度精度效率效率稳定性稳定性运动控制目标与理论基础运动控制目标与理论基础牛顿第二定律牛顿第二定律动量守恒定律动量守恒定律动能守恒定律动能守恒定律微积分微积分量化误差量化误差牛顿力学牛顿力学弹性力学弹性力学工程力学工程力学机械振动学机械振动学数据流与数据处理数据流与数据处理 设计文件设计文件加工数据加工数据运动指令运动指令微指令微指令信号信号数据提取数据提取轨迹优化轨迹优化坐标转换坐

9、标转换运动规划运动规划速度前瞻速度前瞻插补算法插补算法脉冲序列脉冲序列I/O逻辑逻辑AutoCADCorelDrawG-code协议协议速度设置速度设置直线直线/圆弧圆弧速度寄存器速度寄存器位移寄存器位移寄存器脉冲脉冲/方向方向模拟电压模拟电压四、运动控制器产品线和技术线分析MPC012000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010MPC02MPC03MPC05MPC6515MPC6535MPC6536MPC6575ISA总线总线专用运控芯片专用运控芯片运控基本逻辑运控基本逻辑运控指令系统运控指令系统PCI总线总线底层驱动底层驱动DS

10、P+FPGA硬件同步硬件同步速度前瞻速度前瞻MPC07/08MPC2810主主USB、串口、串口指令协议指令协议G代码代码从从USB闭环算法闭环算法增益调整增益调整可靠性可靠性矢量矢量S型速度型速度示教机器人示教机器人FPGA指令硬缓冲指令硬缓冲S型速度型速度多任务、指令集多任务、指令集现场总线现场总线MPC7410LT7310嵌入式技术嵌入式技术MPC6610通用通用激光激光点胶点胶运控与驱动集成运控与驱动集成热设计、集成测试热设计、集成测试机器人机器人机器视觉机器视觉嵌入嵌入PLC系统集成系统集成运动控制器产品线与技术发展示意图运动控制器产品线与技术发展示意图总线技术总线技术 平台与架构技

11、术平台与架构技术运动控制算法运动控制算法集成技术集成技术可靠性技术可靠性技术 运动控制器技术路线示意图运动控制器技术路线示意图ISA总线总线PCI总线总线USB、RS232工业现场总线工业现场总线PC平台平台DSP+FPGA平台平台嵌入式嵌入式ARM平台平台专用运控芯片专用运控芯片速度前瞻速度前瞻闭环算法闭环算法自适应控制自适应控制运控基础技术运控基础技术底层驱动技术底层驱动技术指令体系与协议指令体系与协议多任务与指令集多任务与指令集接口保护接口保护运控与驱运控与驱动集成动集成工艺集成工艺集成插补算法插补算法电磁兼容电磁兼容运动控制器技术的层次运动控制器技术的层次硬件层硬件层：CPU（单片机、

12、（单片机、DSP、FPGA等）等）存储（存储（FLASH、SRAM等）等）接口技术接口技术驱动层驱动层：固件（单片机、固件（单片机、DSP、FPGA等）等）设备驱动（设备驱动（DRV）动态连接库（动态连接库（DLL）应用层应用层：系统集成（设备工艺）系统集成（设备工艺）五、运动控制器的硬件架构B通道通道U盘盘DSPNAND Flash脱机式运动控制器硬件架构示意图脱机式运动控制器硬件架构示意图CPLDFLASHSRAM局局部部总总线线RS232Host USBFPGAPC机机人机界面人机界面光电隔离光电隔离电机电机控制控制激光激光控制控制A通道通道限位限位原点原点存储存储通讯通讯I/OCPU脱机式运动控制器脱机式运动控制器DSP局部总线局部总线PC-base运动控制卡硬件架构示意图运动控制卡硬件架构示意图FLASHPCI/ISAFPGA光电隔离光电隔离电机电机控制控制激光激光控制控制限位限位原点原点PCI/ISA芯片芯片PC可选可选PB-Base运动控制卡运动控制卡六、运动控制器的软件架构PC驱驱动动架架构构DSP固固件件架架构构FPGA固固件件架架构构结束语结束语 运动控制技术是运动控制技术是设备自动化设备自动化的关键核心技术之一；的关键核心技术之一；运动控制技术是一门运动控制技术是一门多学科多学科的综合性技术；的综合性技术；欢迎访问：欢迎访问：谢谢！谢谢！