多軸運動控制器開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：多軸運動控制器文獻(xiàn)綜述摘要：運動控制是20世紀(jì)90年代在國際上興起的結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機(jī) 技術(shù)、傳感器技術(shù)等進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計的一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床、 汽車、輕工、紡織和軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中的數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)更是一個 國家運動控制技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。Abstract： Moti on con trol is a in terdiscipli nary tech no logy in the nin etee n nin eties ，as the com

2、b in ati on of moder n power electr onics tech no logy, computer Tech no logy, sen sor tech no logy, con trol system desig n . In the NC machi ne tool,Auto, light industry, textile and military and other fields are widely used, in which the nu merical con trol tech no logy, robotic tech no logy are

3、the symbol of a states level of developme nt of motio n con trol tech no logy.1. 運動控制器的概念：運動控制起源于早期的伺服控制。簡單地說，運動控制就是對機(jī)械運動部件的位置、 速度等進(jìn)行實時的控制管理，使其按照預(yù)期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進(jìn)行運動。早 期的運動控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和工廠自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)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(tǒng)支持，可以獨立完成運動控制功能、工藝技術(shù)要求的其他功能和人機(jī)交互功 能。這類控制器可以成為獨立運行的運

4、動控制器。這類控制器主要針對專門的數(shù)控機(jī)械 和其他自動化設(shè)備而設(shè)計，往往已根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的工藝要求設(shè)計了相關(guān)的功能，用戶只 需要按照其協(xié)議要求編寫應(yīng)用加工代碼文件，然后傳輸?shù)娇刂破?，控制器即可完成相關(guān) 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(yè)應(yīng)用，控制器的開放性僅 僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應(yīng)用要求而重組自己的運動控制系統(tǒng)2. 運動控制需求：在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域中，最常見的電動機(jī)就是步進(jìn)式、有刷式以及無刷式直流電動 機(jī)，但是其實還有一些其它類型的電動機(jī)。每種電動機(jī)都需要有獨立的輸入信號來激勵 電動機(jī)，然后將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在最廣義的意義上，運動控制可以幫助你使用電動

5、機(jī)（最大程度上滿足你的應(yīng)用需求），而無需考慮所有激勵電機(jī)所需的低層次的激勵信 號。另外，運動控制還具備一些高級功能，因此可以基于模塊搭建高效地實現(xiàn)指定的應(yīng) 用，為一些常規(guī)任務(wù)提供解決方案，如精準(zhǔn)定位、多軸同步，以及指定速度、加速度和 減速度的運動等等。因為大多電動機(jī)的工作環(huán)境都是瞬時的， 所以運動控制工具必須能夠適應(yīng)不同負(fù)載 和動態(tài)條件，而這則需要一些復(fù)雜的控制處理算法和機(jī)械系統(tǒng)的反饋信息。最后（但并不是最不重要的），運動控制的任務(wù)一般都比較嚴(yán)格，而且通常其所操控的機(jī)器還可能 會傷及到周圍的人。因此，運動控制中必須具備一些安全特征，如限位開關(guān)（limitswitch）和I/O通道，用以收集狀態(tài)

6、信息并執(zhí)行停止程序。3. 運動控制器研究現(xiàn)狀：自20世紀(jì)80年代初期，通用運動控制器已經(jīng)在國外多個行業(yè)應(yīng)用，尤其是微電 子行業(yè)的應(yīng)用更加廣泛。當(dāng)時運動控制器在我國的應(yīng)用規(guī)模和范圍很小。目前，國內(nèi)的 運動控制器生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品大致可以分為 3類：第一類是以單片機(jī)或者微處理器作為 核心的運動控制器，這類運動控制器運行速度較慢，精度不高，成本相對較低，在一些 只需要低速運功控制和對軌跡要求不高的輪廓控制場合應(yīng)用。第二類是以專用芯片（ASIC）作為核心處理器的運動控制器，這種控制器結(jié)構(gòu)簡單，但是大多數(shù)只能輸出脈 沖信號，工作于開環(huán)控制方式。由于這種控制器不能提供高速連續(xù)插補(bǔ)，也沒有前瞻功 能（Look

7、 head）,特別是對于大量的小線段連續(xù)加工的場合，就不能使用這種控制器。 第三類是基于PC總線的以DSP和FPGA乍為核心處理器的開放式運動控制器。這類開放 式運動控制器以DSP芯片作為運動控制器的核心處理器，以 PC機(jī)作為信息處理平臺， 運動控制器以插卡形式嵌入 PC機(jī)，以“ PC+運動控制器”的模式。這樣將 PC機(jī)的信息 處理能力和開放式的特點與運動控制器芙蓉運動軌跡控制能力有機(jī)的結(jié)合在一起，具有開放程度高、運動軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點。這類運動控制器充分李永樂DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和FPG/的超強(qiáng)邏輯處理能力，便于設(shè)計出功能完善、性能優(yōu)越的運動控制系統(tǒng)。4. 運動控制系統(tǒng)的組件下

8、圖描述了運動控制系統(tǒng)的基本組成部分。Itft 制動伺 眼 電 機(jī)工作ft圖1.運動控制器是運動控制系統(tǒng)的核心。你所開發(fā)的應(yīng)用軟件便是你應(yīng)用程序中的特定部分。應(yīng)用軟件定義了運動配置文 件，以及特定事件觸發(fā)并影響配置文件的方式。應(yīng)用軟件由好幾個可選的層次構(gòu)成。通 常來說都包含一個用戶界面程序，用以實現(xiàn)交互式操作。很多運動控制應(yīng)用都包含應(yīng)用 層，實現(xiàn)警報處理和數(shù)據(jù)庫連接性。它們還通常包含由運動控制器執(zhí)行的運動控制指令。 運動控制器的制造商提供了應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境。根據(jù)上述內(nèi)容，運動控制器創(chuàng)建運動配置文件，根據(jù)這些配置文件，控制器將信號 通過放大器或者電動機(jī)驅(qū)動傳到電動機(jī)，放大器的任務(wù)就是從控制器接收

9、信號，然后將 它們變成可以驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動的信號。 隨著電動機(jī)運轉(zhuǎn)，反饋設(shè)備（通常是位置傳感器） 會將位置信息反向傳遞至控制器，構(gòu)成閉環(huán)控制環(huán)。運動控制器通過位置傳感器獲取電 動機(jī)的位置信息，從而推算出電動機(jī)的移動速度。有些應(yīng)用中需要有多個反饋設(shè)備，以 保證該電動機(jī)所驅(qū)動的機(jī)械系統(tǒng)能夠正確運行。雖然反饋設(shè)備提供了位置信息，但有時 還需要向控制器傳遞一些特殊的反饋信息，譬如壓力傳感器或者震動傳感器的數(shù)據(jù)。5. 運動控制器的架構(gòu)運動控制器就像是運動控制系統(tǒng)的大腦，它要計算每個預(yù)定運動軌跡。該任務(wù)非常 重要，因此它需要一個專門的資源以保證高度的確定性。運動控制器利用其所計算出來 的運動軌跡來決定合適的

10、扭矩命令，然后將其發(fā)送至電動機(jī)放大器，才真正產(chǎn)生運動。 控制器還必須通過監(jiān)測限制條件和緊急制動條件，來關(guān)閉控制環(huán)并處理監(jiān)控 (supervisory con trol)，從而保證安全操作。這些操作都必須實時實現(xiàn)，以確保有效運動控制系統(tǒng)所必需的高度可靠性、確定性、穩(wěn)定性和安全性。圖2.運動控制器架構(gòu)下面描述運動控制器的各種不同任務(wù)。監(jiān)控-提供了執(zhí)行特定操作所需的命令順序安排和協(xié)調(diào)。這些特殊操作包括：*系統(tǒng)初始化，其中包括返回到零位置。*事件處理，其中包括：電子傳動，基于位置信息的觸發(fā)輸出，基于用戶定義事件 的配置文件更新。*故障檢測，其中包括：遇到限位開關(guān)停止運動，遇到緊急制動或者驅(qū)動故障、看

11、門狗等時的安全系統(tǒng)反應(yīng)。軌跡發(fā)生器-根據(jù)用戶定義的配置文件進(jìn)行路徑規(guī)劃。控制環(huán)-執(zhí)行快速的閉環(huán)控制，在多軸上同步維持位置、速度和軌跡?？刂骗h(huán)根據(jù)反 饋信息來處理位置/速度環(huán)的關(guān)閉，并決定系統(tǒng)的響應(yīng)和穩(wěn)定性。在步進(jìn)式系統(tǒng)中，由步進(jìn)發(fā)生組件構(gòu)成控制環(huán)。該控制環(huán)包含一個插值組件或者樣條引擎(spline engine),在軌跡發(fā)生器所計算出的兩個設(shè)置點之間進(jìn)行插值。這樣，控制環(huán)的執(zhí)行速度就會快于 軌跡發(fā)生器。圖2描述了 NI運動控制器的功能架構(gòu)。運動I/O -作為模擬和數(shù)字I/O ,發(fā)送并接受來自于運動控制系統(tǒng)其余部分的信號。 一般來說，模擬輸出用作驅(qū)動的命令信號，數(shù)字I/O則用于正交編碼信號，作為

12、電動機(jī)的反饋信號。運動I/O實現(xiàn)位置斷點和高速捕獲。同樣，監(jiān)控也使用運動I/O來實現(xiàn)必需的特定功能，如響應(yīng)限位開關(guān)、生成初始化系統(tǒng)所需的運動模式等等。6. 展望：1. 運用DS作為運動控制器的處理器，實現(xiàn)更為復(fù)雜的控制算法，得到實現(xiàn)更為精 確的位置控制和更優(yōu)的電機(jī)運動動態(tài)特性。同時，在運動控制器內(nèi)部實現(xiàn)不同的插補(bǔ)算 法，增強(qiáng)運動控制器的可編程性能，建立運動控制器的操作平臺和完善的人機(jī)交互功能， 使得運動控制器具有更強(qiáng)大的控制性能和更容易編程。2. 隨著微電子技術(shù)和電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的迅猛發(fā)展，片上系統(tǒng)(System on Chip)的時代已經(jīng)到來。這種片上系統(tǒng)可以將包括中央處理器 (

13、CPU)、數(shù)字信號處理器 (DSP)以及總線接口和其它功能模塊在內(nèi)的整個電子系統(tǒng)集成到一個芯片上，實現(xiàn)更高的集成度和系統(tǒng)性能。7主要參考文獻(xiàn)1韓安太，劉峙飛，黃海，DSP控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，20032. 叢爽，李澤湘，實用運動控制技術(shù)，北京，電子工業(yè)出版社，20063. NI公司， 運動控制系統(tǒng)，20054. NI公司，多軸運動控制器說明書，20075. Trio Motion公司，Trio數(shù)字運動控制器說明書，20046. 固高公司，GT系列運動控制器編程手冊，20047. 眾為興公司，ADT-TP3860六軸運動控制器說明書，20048. TC55系

14、列運動控制器說明書，20059. BK168運動控制器說明書，200410. 運動控制器一美國PMAC控制卡說明書，200511. 北京多普康自動化技術(shù)有限公司，CS40-11U單軸運動控制器使用說明書，200612. 基于DSP的多軸運動控制器的研究謝萬德200213. 運動控制器在國內(nèi)的應(yīng)用及發(fā)展吳孜越，胡東方，楊丙乾200714. 基于DSP的運動控制器王高中200415. 多軸運動控制器及其運用陳興平，郝新200216. 運動控制的基礎(chǔ) NI公司17. 淺談運動控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景劉冬敏，薛培軍2007運動控制系統(tǒng)的發(fā)展與展望王家軍，齊冬蓮2004畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告2 .

15、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段：1本畢業(yè)設(shè)計的目的：對多軸運動控制器的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍與使用要求有一定的了解，掌握PID參數(shù)調(diào)節(jié)對運動控制系統(tǒng)響應(yīng)性能及調(diào)節(jié)規(guī)律，熟悉多軸運動控制器與伺服控制系統(tǒng)的相互 連接關(guān)系，初步掌握多軸運動控制器的應(yīng)用程序的設(shè)計步驟與過程，能進(jìn)行多種功能參 數(shù)設(shè)計，實現(xiàn)閉環(huán)位置伺服控制。2本畢業(yè)設(shè)計研究或要解決的問題：1. 了解NI公司的多軸運動控制器的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍與使用要求；2. 完成多軸運動控制器與伺服控制系統(tǒng)的連接，構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)；3. 完成運動控制器PID參數(shù)調(diào)節(jié)，了解系統(tǒng)響應(yīng)性能及調(diào)節(jié)規(guī)律之間的關(guān)系；4. 應(yīng)用多軸運動控制器調(diào)試界面，完成運動控制系統(tǒng)的閉環(huán)運動；5. 進(jìn)行系統(tǒng)綜合調(diào)試，進(jìn)行位置定位、跟蹤（包括原點尋找、加減速時間與加速度等設(shè) 定）等運動過程。3本畢業(yè)設(shè)計課題成果的內(nèi)容：1. 多軸運動控制器調(diào)試界面；2. 運動控制系統(tǒng)的控制程序流程；3. 畢業(yè)設(shè)計論文。4.本畢業(yè)設(shè)計課題工作進(jìn)度計劃2012 年2月27日3月23日3月24日4月6日4月7日4月20日4月21日5