運動控制起源于早期的伺服控制(Servomechanism)。簡單地說,運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理,使其按照預期的運動軌跡和規定的運動參數進行運動。早期的運動控制技術主要是伴隨著數控(CNC)技術、機器人技術(Robotics)和工廠自動化技術的發展而發展的。早期的運動控制器實際上是可以獨立運行的專用的控制器,往往無需另外的處理器和操作系統支持,可以獨立完成運動控制功能、工藝技術要求的其他功能和人機交互功能。這類控制器可以成為獨立運行(Stand-alone)的運動控制器。這類控制器主要針對專門的數控機械和其他自動化設備而設計,往往已根據應用行業的工藝要求設計了相關的功能,用戶只需要按照其協議要求編寫應用加工代碼文件,利用RS232或者DNC方式傳輸到控制器,控制器即可完成相關的動作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業應用,控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協議CONTROL ENGINEERING China版權所有,用戶不能根據應用要求而重組自己的運動控制系統。通用運動控制器的發展成為市場的必然需求。
由國家組織的開放式運動控制系統的研究始于1987年,美國空軍在美國政府資助下發表了著名的“NGC(下一代控制器)研究計劃”,該計劃首先提出了開放體系結構控制器的概念,這個計劃的重要內容之一便是提出了“開放系統體系結構標準規格(OSACA)”。自1996年開始,美國幾個大的科研機構對NGC計劃分別發表了相應的研究內容,如在美國海軍支持下,美國國際標準研究院提出了EMC(增強型機床控制器);由美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司提出和研制了OMAC(開放式、模塊化體系結構控制器),其目的是用更開放、更加模塊化的控制結構使制造系統更加具有柔性、更加敏捷。該計劃啟動后不久便公布了一個名為OMAC APT的規范,并促成了一系列相關研究項目的運行。
通用運動控制技術作為自動化技術的一個重要分支,在20世紀90年代,國際上發達國家,例如美國進入快速發展的階段。由于有強勁市場需求的推動,通用運動控制技術發展迅速,應用廣泛。
近年來,隨著通用運動控制技術的不斷進步和完善,通用運動控制器作為一個獨立的工業自動化控制類產品,已經被越來越多的產業領域接受,并且它已經達到一個引人矚目的市場規模。根據ARC近期的一份研究,世界通用運動控制(General Motion Control GMC)市場已超過40億美元,并且有望在未來5年內綜合增長率達到6.3%。
目前,通用運動控制器從結構上主要分為如下3類:
?、呕谟嬎銠C標準總線的運動控制器,它是把具有開放體系結構,獨立于計算機的運動控制器與計算機相結合構成。這種運動控制器大都采用DSP或微機芯片作為CPU,可完成運動規劃、高速實時插補、伺服濾波控制和伺服驅動、外部I/O之間的標準化通用接口功能,它開放的函數庫可供用戶根據不同的需求,在DOS或WINDOWS等平臺下自行開發應用軟件,組成各種控制系統。如美國Deltatau公司的PMAC多軸運動控制器和固高科技(深圳)有限公司的GT系列運動控制器產品等。目前這種運動控制器是市場上的主流產品。
?、芐oft型開放式運動控制器,它提供給用戶最大的靈活性,它的運動控制軟件全部裝在計算機中,而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I/O之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡、CDROM和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWS平臺和其他操作系統的支持下,利用開放的運動控制內核,開發所需的控制功能,構成各種類型的高性能運動控制系統,從而提供給用戶更多的選擇和靈活性?;赟oft型開放式運動控制器開發的典型產品有美國MDSI公司的Open CNC、德國PA(Power Automation)公司的PA8000NT。美國Soft SERVO公司的基于網絡的運動控制器和固高科技(深圳)有限公司的GO系列運動控制器產品等。Soft型開放式運動控制的特點是開發、制造成本相對較低,能夠給予系統集成商和開發商更加個性化的開發平臺。#p#分頁標題#e#
⑶嵌入式結構的運動控制器,這種運動控制器是把計算機嵌入到運動控制器中的一種產品,它能夠獨立運行。運動控制器與計算機之間的通信依然是靠計算機總線,實質上是基于總線結構的運動控制器的一種變種。對于標準總線的計算機模塊,采用了更加可靠的總線連連接。
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