一、前言
在大多数制造业的生产流程中www.cechina.cn,运动控制占有非常重要的地位,很多的机器、设备,包含半导体或是光电产业设备,或者是传统机械产业的车床、铣床、CNC整合加工机具等www.cechina.cn,都包含运动控制的模块。
在PC采取开放式架构以及价格优势下,一些专业领域的专家,开发了很多能在PC-based上应用的控制卡,希望能为PC-based用户提供解决性方案。而近年来,由于影像视觉的辨识技术逐渐成熟,运动视觉解决方案对搭配运动控制技术的需求也越来越明显。这些技术的进步促使整个工业产业的应用层面更为丰富。更多的设备开发商,可以选择使用开放架构的PC和操作系统作为控制用的平台,也因此更多的核心开发技术可以掌握在开发者手中,再加上价格优于其它解决方案,因此具备了很强的竞争优势。
在运动控制方面,大致可以归纳出几项运动所需要的控制轨迹:
点对点运动(Point-to-Point):单轴的运用,通过运动控制卡的指令集,控制单轴由
补间运动(Interpolation):补间运动通常可以分为线性补间及圆弧补间运动。线性通常可以由两轴以上构成,而圆弧补间运动则由两轴构成,形成一个多维或二维的运动轨迹。通常补间运动可以用于连续轨迹的运动控制,例如雕刻或是鞋模等等。补间运动的解析决定了轨迹运动的控制精度。
螺线型运动:由二维的圆弧运动和垂直轴的线性运动组合而成,多用于工具机的应用中。
多轴同时运动或是同时停止:控制两个以上的运动轴做PTP的同时运动,或是同时停止。同步运动控制:通过运动控制卡的绝对同步性,可以使多轴的运动依照一定的时间顺序准确控制,也可以通过条件设定使得轴与轴之间可以依据相互关系而运动。通常这种方式的控制必须采用串行式的运动控制器才能达成,由于串行式控制器与马达驱动器有特定的通信协议,彼此之间可以依据运作的时钟,来实现绝对运动的控制。本文即是与读者分享由同步运动所发展的程序运动控制的技术。
二、目前现有的运动控制解决方案 ASIC-Based DSP-Based 串行控制技术 三、程序运动控制的概念
控制核心技术
ASIC为Application Specific Integrated Circuit,特殊用途集成电路或专用集成电路。许多运动控制器会采用具有运动功能的ASIC,来达到低端或是高端的运动控制。通常ASIC已经由芯片开发厂商经过一连串测试与市场洗炼控制工程网版权所有,所以稳定度与功能的验证度高,整体的指令集执行速度快,但是,缺乏可程序化能力,所以相较于DSP的运动控制卡,无扩充能力,亦无法实现绝对同步的运动控制。ASIC-based的运动控制一般适合用于步进马达、线性马达及伺服马达等的异步运动轨迹控制。
近年来,由于伺服控制有实时性(Real Time)的需求,在精准时间控制的要求下,一般都采用速度较快的DSP,也有采用RISC或是一般CPU来完成的。使用高速的DSP通常会搭配高速的内存,而采用DSP的运动控制卡CONTROL ENGINEERING China版权所有,由于具有可程序化的能力,所以一般使用者可以下载部分过程控制码在DSP内部执行控制工程网版权所有,这样的优点在于整个控制程序享有实时性(Real Time)的特点。
伺服马达的串行控制技术,在市场上也不少见。一般而言,串行式控制具有自己的通讯协议,使得控制器与被控制端(伺服驱动器)可以依通信协议进行资料交换,以作为运动控制或是取得相关伺服信息回到控制器本端。其通信也会依一个固定时钟做数据交换及更新动作,也就是会依据实时性的特性来运作。在此,笔者将着重于以三菱串行式的控制技术为基础,来说明程序运动控制技术。SSCNet是三菱所提出的串行式伺服控制,全文为Servo System Control Network。在第二代中,也就是SSCNetII,其实时性(Real Time)的特性为0.888 ms。
在复杂的机构与控制中,机构与时间的配合是十分的重要,尤其是多连杆的机构。如下图,一个复杂的运动机构图例。在芯片吸取的过程中,顶针也必须在准确且与机