二十一、運動控制　　運動控制是近些年的熱門，精密定位、恒速控制、恒力矩控制等在各種裝備中的應(yīng)用越來越廣泛，這對于控制器的要求也越來越越高。 　　對于運動控制，大家比較常用的包括步進電機、伺服電機，除此之外伺服閥、數(shù)字液壓等都屬于同一類的控制方式。在這些運控系統(tǒng)中，我們又根據(jù)控制對象的不同分為位置控制、速度控制、力矩控制三大類。其中步進電機只能應(yīng)用于位置控制，而伺服則可以應(yīng)用于這三類中的任一種控制方式?！　≡谶\動控制系統(tǒng)中我們一般可以使用專用的運動控制器或者PLC來實現(xiàn)運動控制功能，一般來說專用的運動控制器如數(shù)控系統(tǒng)等會更為專業(yè)功能更強，對于插補、G指令的支持會更好?！　”确秸f高檔的數(shù)控系統(tǒng)可能會支持以下的功能：用戶用CAD畫完圖后轉(zhuǎn)換成G代碼下載給控制器，控制器就可以執(zhí)行對應(yīng)的G代碼完成整個控制過程?！　《鳳LC相對而言是一個更為通用的控制平臺，一般通過功能塊來實現(xiàn)運動控制功能，V80增強系列(/S)對于兩軸的位置控制有很強的支撐，可以滿足絕大多數(shù)運動控制要求的環(huán)境，V80的速度控制和力矩控制一般使用E6MAD擴展模塊來實現(xiàn)，在這里我們提到的運動控制是CPU模塊本身的位置控制功能?！　?1.1、位置控制基礎(chǔ)　　在裝備控制中有相當(dāng)多的場合需要用到位置定位控制，如各種機床、收卷排線、紙張電纜管材的定長裁剪、包裝、印刷等。位置控制的實現(xiàn)，通常是通過步進電機和伺服電機來達到的，下面我們統(tǒng)一以步進電機來描述?！　〔竭M電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單?！　LC正是利用步進電機的這種特性來實現(xiàn)位置控制功能的，PLC與步進電機之間的接口為脈沖接口，我們稱之為PTO?！　∶}沖與位置的關(guān)系：　　比方說我們需要步進電機轉(zhuǎn)動90度，而步進電機的步距角為0.3度的，那么我們的脈沖輸出個數(shù)就應(yīng)該為300個，當(dāng)300個脈沖輸出完畢后電機正好旋轉(zhuǎn)90度停止?！　〔竭M電機的啟動和加減速： 　　實際的應(yīng)用中我們需要考慮到步進電機在帶載的情況下無法高速啟動，所以需要步進電機在啟動時使用較低的脈沖頻率，然后逐步提升速度，否則會有失步和過沖的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時一般的步進電機使用場合都是開環(huán)的，一旦出現(xiàn)了失步和過沖則是不可恢復(fù)的誤差。(伺服電機這種情況要好一些但在負載太大的情況下仍然會有啟動不了的現(xiàn)象)　　為了防止出現(xiàn)失步和過沖的情況，我們通常會讓步進電機在低速啟動后再逐步提升速度，在加速過程中，最好的是S型加速，S型加速的加速度是線性的，這對于機械和電機來說是最吻合其特性的。在實際的應(yīng)用中，大多數(shù)是采用的線性加減速，這對于大多數(shù)的應(yīng)用來說也是足夠了的。
　　步進電機的正反轉(zhuǎn)：　　運控系統(tǒng)中的正反轉(zhuǎn)是很常用的方式，由于步進電機沒有帶反饋裝置，所以步進電機不適合高速的正反轉(zhuǎn)，一般而言，在空載的情況下行程在100個脈沖往反轉(zhuǎn)，步進電機的正反轉(zhuǎn)頻率只能達到10次/秒以下(大多數(shù)的在5次/秒以下)，伺服電機的正反轉(zhuǎn)頻率可以達到50次/秒以下(剛性要調(diào)得比較高)。不同廠商的電機不同，主要與慣量的大小有關(guān)系?！　≌崔D(zhuǎn)時，需要很好的加減速控制的支持，否則會出現(xiàn)失步和過沖的情況，伺服系統(tǒng)還會出現(xiàn)還沒到位就開始反轉(zhuǎn)的情況?！　≡趯嶋H的應(yīng)用之中我們還常用接近開關(guān)、光電開關(guān)、編碼器、光柵尺來與步進電機配合完成位置控制。這些方法中可以分為兩大類一類是開關(guān)型定位，一類是坐標(biāo)定位?！　￠_關(guān)型定位：　　包括接近開關(guān)、光電開關(guān)、接觸開關(guān)等，這些開關(guān)最常用的是安置在原點，用來標(biāo)零和消除累積誤差。這些系統(tǒng)在上電后一般都有找原點的動作過程，通常都是上電后向一個方向運動找到原點后標(biāo)定原點坐標(biāo)，然后開始正常工作?！　∽鴺?biāo)定位：　　這一類的控制采用編碼器、光柵尺、電子尺(模擬電壓接口)之類的，其中又分為絕對編和相對編碼兩類，顧名思義絕對編碼的輸出信號是絕對坐標(biāo)，通常是并行的總線，而相對編碼的輸出信號只是串行的脈沖信號，因為絕對編碼器比較貴，所以大多數(shù)的現(xiàn)場都使用相對編碼。 　　相對編碼的信號有AB相、方向脈沖、上下脈沖三大類
　　AB相又分為*1、*2、*4三種細分方式，*1，表示AB相各來一個脈沖計數(shù)值加或減1，*2表示AB相的任一上升沿加或減1，*4表示AB相的任一脈沖的上升沿或者下降沿均加或減1。V80的AB相脈沖計數(shù)方式只支持*4的細分方式?！　〈蠖鄶?shù)的編碼器均是AB相的信號，或者是ABZ信號，ABZ信號相對于AB相信號多了一個Z信號線，用來標(biāo)示編碼器的零點，編碼器每轉(zhuǎn)一圈出一個脈沖。　　電子尺：　　電子尺多用在各種距離計量的裝備上面，比方說注塑機的射膠電子尺、合模電子尺等。電子尺可采用脈沖接口或者模擬量接口(電位器)，PLC需要通過模擬量輸入模塊來采樣，但是大多數(shù)PLC的模擬量輸入模塊的響應(yīng)速度太慢無法滿足現(xiàn)場的要求(通常的采樣周期在100mS左右)。V80的高速模擬量擴展模塊E6MAD可以達到mS的采樣周期，所以可以用來實現(xiàn)高速的模擬量電子尺接口?！　』旧洗蠖鄶?shù)運動控制都可以由上面的功能組合而成，對這些概念有一個基本的認識是正確使用運動控制功能的前提。