运动控制在工业控制及自动化领域的应用

工业控制主要分两个方向，一个是运动控制，通常用于机械领域；另一个就是过程控制，通常使用于化工领域。而运动控制指的是一种起源于早期的伺服系统，基于电动机的控制，以实现物体对角位移、转矩、转速等等物理量改变的控制。

从关注点来说，电机控制（这里指伺服电机）主要关注的是控制单个电机的转距、速度、位置中的一个或多个参数达到给定值。而运动控制主要关注点在于协调多个电机，完成指定的运动（合成轨迹、合成速度），比较着重轨迹规划、速度规划、运动学转换；比如数控机床里面要协调XYZ轴电机，完成插补动作。

电机控制常常作为运动控制系统的一个环节（通常是电流环，工作在力矩模式下），更着重于对电机的控制，一般包括位置控制、速度控制、转矩控制三个控制环，一般没有规划的能力（有部分驱动器有简单的位置和速度规划能力）。

运动控制往往是针对产品而言的，包含机械、软件、电气等模块，例如机器人、无人机、运动平台等等，是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动的一种控制。

两者有部分内容是重合的：位置环／速度环／转距环可以在电机的驱动器中实现，也可以在运动控制器中实现，因此两个属于容易混淆。一个运动控制系统的基本架构组成包括：运动控制器：用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。

运动控制器主要分为三类，分别是PC－based、专用控制器、PLC。其中PC－based运动控制器在电子、EMS等行业被广泛应用；专用控制器的代表行业是风电、光伏、机器人、成型机械等等；PLC则在橡胶、汽车、冶金等行业备受青睐。

驱动或放大器：用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。

执行器：如液压泵、气缸、线性执行机或电机，用以输出运动。反馈传感器：如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备等，用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。

运动控制的出现更加促进机电控制的解决方案，比如以前凸轮和齿轮都需要机械结构实现，现在可以使用电子凸轮、电子齿轮来实现，消除了机械实现过程的回程、摩擦和磨损等。

成熟的运动控制产品不仅仅需要提供路径规划、前瞻控制、运动协调、插补、运动学正逆解和驱动电机的指令输出等，还需要具备工程配置软件（如SIMOTION的SCOUT）、语法解释器（不仅是指自己的语言，而且包括IEC－61131－3的PLC语言支持）、简单的PLC功能、PID控制算法实现、HMI交互接口、故障诊断接口，高级的运动控制器还能够实现安全控制等。

审核编辑 黄昊宇