摘要：信息時代的高新技術(shù)推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動技術(shù)，直線電機(jī)，可編程計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)動控制

1引言

信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。

在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運(yùn)動控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運(yùn)動控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)（FullClosedACServo）、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)（LinearMotorDriving）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運(yùn)動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。

1全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)

在一些定位精度或動態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中，交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，在驅(qū)動器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)，甚至可以跟蹤負(fù)載變化，實(shí)時調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，并通過陷波濾波方式消除機(jī)械共振。

一般情況下，這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式，即伺服電機(jī)上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補(bǔ)償。為了獲得更高的控制精度，應(yīng)在最終的運(yùn)動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制由上位控制器來完成（大多數(shù)全閉環(huán)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國外已出現(xiàn)了一種更完善、可以實(shí)現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，使得高精度自動化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。

該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動器可以直接采樣裝在最后一級機(jī)械運(yùn)動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等)，作為位置環(huán)，而電機(jī)上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機(jī)械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補(bǔ)償機(jī)械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實(shí)現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，因而越來越多的行業(yè)在其自動化設(shè)備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。

2直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)

直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。

1全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)

在一些定位精度或動態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中，交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，在驅(qū)動器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)，甚至可以跟蹤負(fù)載變化，實(shí)時調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，并通過陷波濾波方式消除機(jī)械共振。

一般情況下，這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式，即伺服電機(jī)上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補(bǔ)償。為了獲得更高的控制精度，應(yīng)在最終的運(yùn)動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制由上位控制器來完成（大多數(shù)全閉環(huán)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國外已出現(xiàn)了一種更完善、可以實(shí)現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，使得高精度自動化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。

該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動器可以直接采樣裝在最后一級機(jī)械運(yùn)動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等)，作為位置環(huán)，而電機(jī)上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機(jī)械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補(bǔ)償機(jī)械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實(shí)現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，因而越來越多的行業(yè)在其自動化設(shè)備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。

2直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)

直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。

摘要：信息時代的高新技術(shù)推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動技術(shù)，直線電機(jī)，可編程計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)動控制

1引言

信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。

在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運(yùn)動控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運(yùn)動控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)（FullClosedACServo）、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)（LinearMotorDriving）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運(yùn)動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。

一、用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。

此系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、外圍擴(kuò)展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機(jī)的I/O口發(fā)數(shù)字脈沖信號來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬量信號達(dá)到控制。此方案優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，但由于一般單片機(jī)I/O口產(chǎn)生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)尤其是對于控制伺服電機(jī)來說，存在速度達(dá)不到，控制精度受限等缺點(diǎn)。對于運(yùn)動控制復(fù)雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯(lián)動，直線、圓弧插補(bǔ)等功能實(shí)現(xiàn)起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發(fā)起來難度較大，研發(fā)周期較長，調(diào)試過程煩瑣，系統(tǒng)一旦定型不太容易擴(kuò)充功能、升級、柔性不強(qiáng)等問題。因此這種方案一般適用于產(chǎn)品批量較大、運(yùn)動控制系統(tǒng)功能簡單、且有豐富的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶。

二、采用專業(yè)運(yùn)動控制PLC來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。

目前，許多品牌的PLC都可選配定位控制模塊，有些PLC的CPU單元本身就具有運(yùn)動控制功能（如松下NAIS的FP0，F(xiàn)PΣ系列），包括脈沖輸出功能，模擬量輸出等等。使用這種PLC來做運(yùn)動控制系統(tǒng)的上位控制時，可以同時利用PLC的I/O口功能，可謂一舉兩得。PLC通常都采用梯形圖編程，對開發(fā)人員來說簡單易學(xué)，省時省力。還有一點(diǎn)不可忽視，就是它可以與HMI（人機(jī)界面）進(jìn)行通訊，在線修改運(yùn)動參數(shù)，如軸號，速度，位移等。這樣整個控制系統(tǒng)中從輸入到控制再到顯示，非常便利。一方面將界面友好化，另一方面將控制系統(tǒng)的成本從整體上節(jié)省了。但具有脈沖輸出功能的PLC大多都是晶體管輸出類型的，這種輸出類型的輸出口驅(qū)動電流不大，一般只有0.1~0.2A。在工業(yè)生產(chǎn)中，作為PLC驅(qū)動的負(fù)載來說，很多繼電器開關(guān)的容量都要比這大，需要添加中間放大電路或轉(zhuǎn)換模塊。與此同時，由于PLC的工作方式（循環(huán)掃描）決定了它作為上位控制時的實(shí)時性能不是很高，要受PLC每步掃描時間的限制。而且控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜軌跡的動作就不太容易實(shí)現(xiàn)，雖說有的PLC已經(jīng)有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，但由于其本身的脈沖輸出頻率也是有限的（一般為10K~100K），對于諸如伺服電機(jī)高速高精度多軸聯(lián)動，高速插補(bǔ)等動作，它實(shí)現(xiàn)起來仍然較為困難。這種方案主要適用于運(yùn)動過程比較簡單、運(yùn)動軌跡固定的設(shè)備，如送料設(shè)備、自動焊機(jī)等。

三、采用專用數(shù)控系統(tǒng)作為上位控制。

專用的數(shù)控系統(tǒng)一般都是針對專用設(shè)備或?qū)Ｓ眯袠I(yè)而設(shè)計(jì)開發(fā)生產(chǎn)的，像專用車床數(shù)控系統(tǒng)，銑床數(shù)控系統(tǒng)，切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)等等。它集成了計(jì)算機(jī)的核心部件，輸入、輸出外圍設(shè)備以及為專門應(yīng)用而開發(fā)的軟件。由于是“專業(yè)對口”，人們可以盡情發(fā)揮“拿來主義”。不需要進(jìn)行什么二次開發(fā)，對使用者來說只需通過熟悉過程達(dá)到能操作的目的就行。在這方面，國外知名品牌的產(chǎn)品在我國制造行業(yè)中早已占領(lǐng)了了領(lǐng)地，如西門子，法那克，法格，海寶等等。當(dāng)然，之所以它們能大規(guī)模廣泛地被采用和這種專用數(shù)控系統(tǒng)，是因?yàn)槠涔δ茇S富，性能穩(wěn)定可靠。但為之付出的代價就是高成本。因此，適用于控制要求較高且產(chǎn)品檔次較高的數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家和使用者。

摘要：信息時代的高新技術(shù)推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動技術(shù)，直線電機(jī)，可編程計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)動控制

1引言

信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。

在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運(yùn)動控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運(yùn)動控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)（FullClosedACServo）、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)（LinearMotorDriving）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運(yùn)動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。

摘要：信息時代的高新技術(shù)推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動控制卡等。本文主要分析和綜述了這些新技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動技術(shù)，直線電機(jī)，可編程計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)動控制

1引言

信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。

在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運(yùn)動控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運(yùn)動控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)（FullClosedACServo）、直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)（LinearMotorDriving）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運(yùn)動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。

摘要：信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)使信息和智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命……

關(guān)鍵詞：運(yùn)動控制系統(tǒng)上位控制單元方案

信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)使信息和智能與機(jī)械裝置和動力設(shè)備相結(jié)合，促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。隨著計(jì)算機(jī)電子電力和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運(yùn)動控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展。

在一個運(yùn)動控制系統(tǒng)中“上位控制”和“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”是系統(tǒng)中舉足輕重的兩個組成部分。“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”部分一般不外乎：步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，以及直流電機(jī)等。它們作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動刀具或工件動作，我們稱之為“四肢”；“上位控制”單元的方案主要有四種：單片機(jī)系統(tǒng)，專業(yè)運(yùn)動控制PLC，PC+運(yùn)動控制卡，專用控制系統(tǒng)?！吧衔豢刂啤笔恰爸笓]”執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的，我們也稱之為“大腦”。以下，我們將分述系統(tǒng)中的“大腦”中的各個部分，并詳盡地論述“PC+運(yùn)動控制卡”方案。

一、用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。

此系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、外圍擴(kuò)展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時，通過單片機(jī)的I/O口發(fā)數(shù)字脈沖信號來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)行走；“速度控制”方式時，需加D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬量信號達(dá)到控制。此方案優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，但由于一般單片機(jī)I/O口產(chǎn)生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)尤其是對于控制伺服電機(jī)來說，存在速度達(dá)不到，控制精度受限等缺點(diǎn)。對于運(yùn)動控制復(fù)雜的場合，例如升降速的處理，多軸聯(lián)動，直線、圓弧插補(bǔ)等功能實(shí)現(xiàn)起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發(fā)起來難度較大，研發(fā)周期較長，調(diào)試過程煩瑣，系統(tǒng)一旦定型不太容易擴(kuò)充功能、升級、柔性不強(qiáng)等問題。因此這種方案一般適用于產(chǎn)品批量較大、運(yùn)動控制系統(tǒng)功能簡單、且有豐富的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶。

摘要：簡要介紹了基于CompactPCI總線的熱插拔通用運(yùn)動控制卡的硬件結(jié)構(gòu)，并對CompactPCI總線接口的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，提出了電氣措施和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動控制CompactPCI總線PCI9030熱插拔

近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展及其對硬件可靠性要求的提高，特別是帶有多個運(yùn)動控制卡的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)的發(fā)展，對運(yùn)動控制卡提出了新的要求。運(yùn)動控制卡應(yīng)具有帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口。在這樣的運(yùn)動控制系統(tǒng)中，采用可靠性高的嵌入式系統(tǒng)軟件，上位機(jī)只需對被控對象實(shí)施總體的控制和管理；而位置反饋信號的采集、閉環(huán)控制的計(jì)算及控制量的輸出則均可由以DSP為核心的運(yùn)動控制卡完成，極大地提高了運(yùn)算速度和控制響應(yīng)速度。通過帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口的上下機(jī)聯(lián)接，使系統(tǒng)具有更高的可靠性和帶電更換故障板卡的能力。

1CompactPCI接口總線概述

CompactPCI接口總線定義了更加堅(jiān)固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CompactPCI接口卡安裝在支架上，并使用標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard外型。CompactPCI雖然與標(biāo)準(zhǔn)PCI屬同一標(biāo)準(zhǔn)，二者還是有很大的不同。CompactPCI相對PCI來講具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)具有更好的機(jī)械特性。它增強(qiáng)了PCI系統(tǒng)在電信或其它條件惡劣的工業(yè)環(huán)境中的可維護(hù)性和可靠性。(2)采用Eurocard封裝，系統(tǒng)中氣流均勻。(3)CompactPCI連接器的電源和信號引線支持熱插拔規(guī)范，這對于容錯系統(tǒng)是非常重要的，也是標(biāo)準(zhǔn)PCI所不能實(shí)現(xiàn)的功能。(4)總線易于擴(kuò)展，可同時支持多達(dá)256個標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線設(shè)備。(5)CompactPCI背板的連接器插針分為長針、中長針和短針。長針是一些電源針，最短的針是BD-SEL#，其它總線信號和部分電源信號是中長針。連接器插槽J1插孔有長針插孔、中長針和短針插孔，而J2插槽都是中長針插孔。

2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)概述

[摘要]可編程邏輯控制器，簡稱為PLC(ProgrammablelogicController)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。移動機(jī)器人是包括計(jì)算機(jī)、自動化、機(jī)電一體化、通信、材料等多學(xué)科綜合的一個平臺。最早PLC主要是應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上，用于汽車焊接、噴涂等。隨著智能移動機(jī)器人包括像家庭服務(wù)機(jī)器人、深海和太空探測機(jī)器人等的廣泛推廣，PLC技術(shù)也發(fā)揮了巨大的作用。原因在于PLC在移動機(jī)器人的運(yùn)動控制方面具有運(yùn)行簡單、性價比高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]PLC移動機(jī)器人運(yùn)動控制

一、PLC的主要優(yōu)點(diǎn)

1.靈活通用。PLC是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。

2.可靠性高、抗干擾性強(qiáng)。PLC采用的是微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作是由于無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，因此不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象。如洗衣機(jī)。

3.編程簡單、使用方便。用微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。而PLC采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程，容易掌握。