Область автоматизации, изучающая способы точного перемещения частей машин.
Видео ночного неба , созданное с помощью функции временной экспозиции/таймлапса цифровой зеркальной камеры . Фотограф добавил движение камеры ( управление движением ), установив камеру на компьютеризированную монтировку телескопа, отслеживающую движение в случайном направлении от нормальной экваториальной оси.
Управление движением — это подобласть автоматизации , охватывающая системы или подсистемы, участвующие в контролируемом перемещении частей машин. Системы управления движением широко используются в различных областях автоматизации, включая точное машиностроение , микропроизводство , биотехнологии и нанотехнологии . [1] Основные задействованные компоненты обычно включают контроллер движения, усилитель энергии и один или несколько первичных двигателей или приводов . Управление движением может быть разомкнутым или замкнутым . В системах с разомкнутым контуром контроллер отправляет команду через усилитель на первичный двигатель или привод и не знает, было ли действительно достигнуто желаемое движение. Типичные системы включают в себя шаговый двигатель или управление вентилятором. Для более строгого контроля и большей точности в систему можно добавить измерительное устройство (обычно ближе к концу движения). Когда измерение преобразуется в сигнал, который отправляется обратно в контроллер, и контроллер компенсирует любую ошибку, он становится системой с замкнутым контуром.
Обычно положение или скорость машин контролируются с помощью какого-либо устройства, такого как гидравлический насос , линейный привод или электродвигатель , обычно сервопривод . Управление движением является важной частью робототехники и станков с ЧПУ , однако в этих случаях оно более сложное, чем при использовании на специализированных станках, где кинематика обычно проще. Последний часто называют General Motion Control (GMC). Управление движением широко используется в упаковочной, полиграфической, текстильной, полупроводниковой и сборочной промышленности. Motion Control охватывает все технологии, связанные с движением объектов. Он охватывает все системы движения: от микроразмерных систем, таких как микроиндукционные приводы кремниевого типа, до микросимволических систем, таких как космические платформы. Но в наши дни в центре внимания управления движением находится специальная технология управления системами движения с электрическими приводами, такими как серводвигатели постоянного/переменного тока. Управление роботами-манипуляторами также включено в область управления движением, поскольку большинство роботов-манипуляторов приводятся в движение электрическими серводвигателями, и ключевой целью является управление движением. [2]
Обзор
Базовая архитектура системы управления движением содержит:
Контроллер движения, который вычисляет и контролирует механические траектории (профиль движения), которым должен следовать исполнительный механизм ( т. е . планирование движения ), а в системах с замкнутым контуром использует обратную связь для внесения корректировок управления и, таким образом, реализует управление с обратной связью.
Привод или усилитель для преобразования управляющего сигнала от контроллера движения в энергию, которая подается на привод. Новые «интеллектуальные» приводы могут замкнуть контуры положения и скорости внутри, что приводит к гораздо более точному управлению.
Первичный двигатель или привод , такой как гидравлический насос, пневматический цилиндр, линейный привод или электродвигатель для выходного движения.
В системах с замкнутым контуром один или несколько датчиков обратной связи, таких как абсолютные и инкрементальные энкодеры , резольверы или устройства на эффекте Холла , возвращают положение или скорость привода контроллеру движения, чтобы замкнуть контуры управления положением или скоростью.
Механические компоненты для преобразования движения привода в желаемое движение, в том числе: шестерни , валы, шариковые винты , ремни , рычаги , а также линейные и вращательные подшипники .
Интерфейс между контроллером движения и приводами, которыми он управляет, очень важен, когда требуется скоординированное движение, поскольку он должен обеспечивать жесткую синхронизацию . Исторически единственным открытым интерфейсом был аналоговый сигнал, пока не были разработаны открытые интерфейсы, удовлетворяющие требованиям координированного управления движением, первым из которых был SERCOS в 1991 году, который теперь расширен до SERCOS III . Более поздние интерфейсы, поддерживающие управление движением, включают Ethernet/IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink и EtherCAT .
Общие функции управления включают в себя:
Контроль скорости.
Управление положением (точка-точка). Существует несколько методов расчета траектории движения. Они часто основаны на профилях скорости движения, таких как треугольный профиль, трапециевидный профиль или профиль S-образной кривой.
Контроль давления или силы .
Управление импедансом : этот тип управления подходит для взаимодействия с окружающей средой и манипулирования объектами, например, в робототехнике.
Электронная передача (или профилирование кулачка): положение ведомой оси математически связано с положением ведущей оси. Хорошим примером этого может служить система, в которой два вращающихся барабана вращаются с заданным соотношением друг к другу. Более продвинутый случай электронной передачи — это электронный кулачок. При электронном кулачке ведомая ось следует профилю, который является функцией положения ведущей. Этот профиль не обязательно солить, но это должна быть анимированная функция .
Что такое контроллер движения? Техническое резюме для инженеров по управлению движением
дальнейшее чтение
Тан К.К., Т.Х. Ли и С. Хуанг, Прецизионное управление движением: проектирование и реализация , 2-е изд., Лондон, Springer, 2008.
Эллис, Джордж, Руководство по проектированию системы управления, четвертое издание: Использование компьютера для понимания и диагностики контроллеров с обратной связью
Рекомендации
^ Ма, Джун; Ли, Сяокун; Тан, Кок Кионг (2020). «1.1: Обзор систем управления движением». Расширенная оптимизация систем управления движением . США: CRC Press, Taylor & Francisco Group. п. 1. ISBN 978-1000037111.[1], Google Книги , дата обращения 30 апреля 2020 г.
^ Харашима, Ф. (1996). «Последние достижения мехатроники». Труды Международного симпозиума IEEE по промышленной электронике . Том. 1. С. 1–4. doi : 10.1109/ISIE.1996.548386. ISBN0-7803-3334-9. S2CID 108759313.
