Управление движением — это подраздел автоматизации , охватывающий системы или подсистемы, участвующие в перемещении частей машин контролируемым образом. Системы управления движением широко используются в различных областях для целей автоматизации, включая точное машиностроение , микропроизводство , биотехнологию и нанотехнологию . [1] Основные задействованные компоненты обычно включают контроллер движения, усилитель энергии и один или несколько первичных двигателей или исполнительных механизмов . Управление движением может быть разомкнутым или замкнутым . В системах с разомкнутым контуром контроллер посылает команду через усилитель первичному двигателю или исполнительному механизму и не знает, было ли фактически достигнуто желаемое движение. Типичные системы включают в себя управление шаговым двигателем или вентилятором. Для более жесткого управления с большей точностью в систему может быть добавлено измерительное устройство (обычно вблизи конечного движения). Когда измерение преобразуется в сигнал, который отправляется обратно в контроллер, и контроллер компенсирует любую ошибку, она становится системой с замкнутым контуром.
Обычно положение или скорость машин контролируются с помощью какого-либо типа устройства, такого как гидравлический насос , линейный привод или электродвигатель , как правило, сервопривод . Управление движением является важной частью робототехники и станков с ЧПУ , однако в этих случаях оно сложнее, чем при использовании со специализированными машинами, где кинематика обычно проще. Последнее часто называют общим управлением движением (GMC). Управление движением широко используется в упаковочной, полиграфической, текстильной, полупроводниковой и сборочной отраслях. Управление движением охватывает все технологии, связанные с движением объектов. Оно охватывает все системы движения от микроразмерных систем, таких как кремниевые микроиндукционные приводы, до микро-siml систем, таких как космическая платформа. 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 роботизированными манипуляторами также входит в область управления движением, поскольку большинство роботизированных манипуляторов приводятся в действие электрическими серводвигателями, а ключевой задачей является управление движением. [2]
Обзор
Базовая архитектура системы управления движением содержит:
Контроллер движения, который вычисляет и управляет механическими траекториями (профилем движения), которым должен следовать привод ( т. е . планированием движения ), и в замкнутых системах использует обратную связь для внесения корректировок управления и, таким образом, реализует замкнутое управление.
Привод или усилитель для преобразования сигнала управления от контроллера движения в энергию, которая подается на привод. Более новые «интеллектуальные» приводы могут замыкать 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 для замыкания контуров управления положением или скоростью.
Механические компоненты для преобразования движения привода в желаемое движение, в том числе: шестерни , валы, шарико-винтовые передачи , ремни , тяги , 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 четкую синхронизацию . Исторически единственным открытым интерфейсом был аналоговый сигнал, пока не были разработаны открытые интерфейсы, удовлетворяющие требованиям скоординированного управления движением, первым из которых был SERCOS в 1991 году, который сейчас улучшен до SERCOS III . Более поздние интерфейсы, способные управлять движением, включают Ethernet/IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink и EtherCAT .
Общие функции управления включают в себя:
Контроль скорости.
Управление положением (от точки к точке): существует несколько методов вычисления 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 главной оси. Хорошим примером этого может служить система, в которой два вращающихся барабана вращаются с заданным отношением друг к другу. Более продвинутым случаем электронной передачи является электронная передача. При электронной передаче ведомая ось следует профилю, который является функцией главной позиции. Этот профиль не обязательно должен быть соленым, но он должен быть анимированной функцией
Что такое контроллер движения? Техническое резюме для инженеров движения
Дальнейшее чтение
Тан К.К., Т.Х. Ли и С. Хуан, Прецизионное управление движением: проектирование и реализация , 2-е изд., Лондон, Springer, 2008.
Эллис, Джордж, Руководство по проектированию систем управления, четвертое издание: Использование компьютера для понимания и диагностики контроллеров с обратной связью
Ссылки
^ Ma, Jun; Li, Xiaocong; Tan, Kok Kiong (2020). "1.1: Обзор систем управления движением". Advanced Optimization for Motion Control Systems . Соединенные Штаты: CRC Press, Taylor & Francis Group. стр. 1. ISBN 978-1000037111.[1], Google Книги. Получено 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.
