作為一個工業(yè)控制人，常常都會說到運動控制系統(tǒng)。那么，在工業(yè)控制與自動化技術(shù)行業(yè)中，伺服控制系統(tǒng)到底指的是什么？

  電機控制與運動控制有何區(qū)別？基本架構(gòu)組成是怎樣的？運動控制發(fā)展趨勢如何？讓我們一起來了解一下！

  運動控制主要分為兩個方向。一種是運動控制，通常用于機械領(lǐng)域。另一種是過程控制，通常用于化學工業(yè)。運動控制(Motion control)是指起源于早期的伺服系統(tǒng)，它是基于對電機的控制來實現(xiàn)角位移、扭矩、轉(zhuǎn)速等的物理變化的控制。

電機控制與運動控制

  在上面的定義中，有提到電機控制，但電機控制和運動控制是不同的。

  從側(cè)重點而言，電機控制(這里指交流伺服電機）主要關(guān)注的是控制單獨電動機的轉(zhuǎn)距、速度、位置中的一個或多個主要參數(shù)達到給出值。而伺服控制系統(tǒng)主要側(cè)重點在于融洽多個電動機，完成特定的運動（生成運動軌跡、生成速度）比較著重軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃、運動學轉(zhuǎn)換；比如數(shù)控機床里面要協(xié)調(diào)XYZ軸電機，完成插補動作。

  電機控制通常被認為是運動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)(通常是電流回路，工作在轉(zhuǎn)矩模式下)，更強調(diào)電機控制，電機控制一般包括位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三個控制回路，一般沒有規(guī)劃能力(有些司機具有簡單的位置和速度規(guī)劃能力)。

  運動控制通常是針對產(chǎn)品，包括機械、軟件、電氣等模塊，如機器人、無人飛行器、運動平臺等。它是一種對機械運動部件的位置和速度進行實時控制和管理的控制，使它們能夠按照預期的運動軌跡和指定的運動參數(shù)運動。

兩者有部分內(nèi)容是重合的：位置環(huán)/速度環(huán)/轉(zhuǎn)距環(huán)可以在電機的驅(qū)動器中實現(xiàn)，也可以在運動控制器中實現(xiàn)，因此兩個屬于容易混淆。

基本架構(gòu)組成

  一個運動控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)組成包括：

運動控制器：用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合一個速度環(huán)。

  運動控制器主要分為三類，分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運動控制器在電子、EMS等行業(yè)被廣泛應用；專用控制器的代表行業(yè)是風電、光伏、機器人、成型機械等等；PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業(yè)備受青睞。

  驅(qū)動或放大器：用以將來自運動控制器的控制信號（通常是速度或扭矩信號）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅(qū)動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán)，以獲得更精確的控制。

  執(zhí)行器：如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機或電機，用以輸出運動。

  反饋傳感器：如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應設(shè)備等，用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器，以實現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。

眾多機械部件用以將執(zhí)行器的運動形式轉(zhuǎn)換為期望的運動形式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。

  從運動控制器看運動控制

  運動控制的出現(xiàn)更加促進機電控制的解決方案，比如以前凸輪和齒輪都需要機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，現(xiàn)在可以使用電子凸輪、電子齒輪來實現(xiàn)，消除了機械實現(xiàn)過程的回程、摩擦和磨損等。

  成熟的運動控制產(chǎn)品不僅僅需要提供路徑規(guī)劃、前瞻控制、運動協(xié)調(diào)、插補、運動學正逆解和驅(qū)動電機的指令輸出等，還需要具備工程配置軟件（如SIMOTION的SCOUT）、語法解釋器（不僅是指自己的語言，而且包括IEC-61131-3的PLC語言支持）、簡單的PLC功能、PID控制算法實現(xiàn)、HMI交互接口、故障診斷接口，高級的運動控制器還能夠?qū)崿F(xiàn)安全控制等。

運動控制之發(fā)展趨勢

  根據(jù)MarketsandMarkets發(fā)布的市場研究報告，2022年全球運動控制市場（包括零配件：交流電機、電機、運動控制器、交流驅(qū)動器、電子驅(qū)動器；應用：包裝、材料處理、金屬加工、轉(zhuǎn)換、定位）預計將達到228.4億美元，在2016年和2022年期間以5．5％的年復合增長率增長。

  就運動控制器來說，隨著行業(yè)應用的擴展，中國運動控制市場逐漸成熟，在機床、雕刻機、半導體、工業(yè)機器人、EMS、物料搬運等多數(shù)下游機械行業(yè)均取得不錯的發(fā)展。尤其在鋰電池、工業(yè)機器人、半導體、EMS等行業(yè)，歐美和日本運動控制廠商表現(xiàn)突出，擁有較強的綜合競爭優(yōu)勢。

  由于伺服控制系統(tǒng)的目標，是要完成生產(chǎn)流水線流程制造產(chǎn)品，在中間的伺服控制系統(tǒng)過程，其實并不是最為重要，反倒是如何能正確實時的達到要求，才是最重要的功能；再加現(xiàn)在各種產(chǎn)品細致度要求越來越高，對制程要求也越來越苛刻，而運動控制講究實時與精準，要達到最佳化，就得整合各種相關(guān)技術(shù)，這樣的整合被視為難度最高的控制技術(shù)。

  專用型控制板在一段時間內(nèi)仍將是工業(yè)機械手行業(yè)主要的運動控制器類型。半導體行業(yè)Pc-Based伺服控制系統(tǒng)市場發(fā)展穩(wěn)定，增長速度在17%左右。物流企業(yè)對機器視覺功能的需求增加，造成Pc-Based比例也逐漸增加。PC-Based運動控制器的應用剛剛起步，在新興的數(shù)碼印刷機械上使用較多，未來將小幅增長。

  根據(jù)專家的分析和預測，未來幾年，運動控制器的市場需求將會增加。你準備好了嗎？