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高精度运动控制系统的关键技术及综合运用-PPT精品

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运动控制系统 第九讲 运动控制系统应用实例

运动控制系统 第九讲 运动控制系统应用实例

4．工作流程
• 无人驾驶汽车的工作流程是：1、由使用者 根据自己需求在行车电脑或者智能终端 (APP)上设定目的地；2、行车电脑或者智 能APP导航软件依据车辆现有位置与即将 前去的位置，把GIS与GPS相结合，生成可 能的运行轨迹，使用者按照自身的情况， 选择规划路径轨迹，并把选择的轨迹作为 行车电脑的输入设定轨迹；3、行车电脑依 据实时感知路况信息，开始对车辆经行控 制操纵。图9-4所示的就是一个无人驾驶汽 车的操控流程。
• 1．问题提出 • 2．功能分析
1．问题提出
• 高速电子锯是剪裁设备的一种类型，用于 各类固体板材的切割分离。图9-5所示的就 是一个实用型高速电子锯。本节将通过四 幅切割流程图对整个高速电子锯的应用进 行一个完全的解析。
2．功能分析
• 高速电子锯是一个典型的运动系统。从所实现的 任务功能看，其根据客户或者实际生产的需要裁 剪木板，木板的几何长度可根据要求输入给控制 器。图9-5所示的是高速电子锯的整体结构图，由 图可以看出高速电子锯的运动是由以下几个运动 组成的。首先，建立一个运动坐标系xyz，其方向 如图9-5所示。V0为木板运动的速度，方向从左 向右（y轴方向），由输送带负责实现。V1为高 速电子锯锯刀沿着x轴方向运动的速度，以实现高 速电子锯进刀裁切木板和切完退刀归位，由二维 平面工作台负责实现。
图9-5
(9-1) (9-2)
图9-9
4．系统组成
• 如图9-10所示，灌装生产线主要是由9大部 件组成，分别是：①输送带，其功能是输 送空瓶至灌装工作位，并把灌装之后的产 品送到下一工作位；②主编码器，其功能 是对输送带的运行速度进行检测，并反馈 到运动控制器，运动控制器按照输送带主 编码器的反馈值，对灌装工作头灌装态时 的速度V2进行同步控制；

高精度运动控制系统的关键技术及综合运用

高精度运动控制系统的关键技术及综合运用

装配工艺中应注意的问题
设备的装配质量受到多方面因素的影响，除了技术、工艺方面的问题以外，还与装 配工人的人为因素有关，这里我们重点介绍一下位置反馈传感器的选取与安装 光栅传感器精度的决定因素
光栅尺的精度 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线) 光栅尺的热敏系数 差值技术 信号质量
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM] 线性编码器最大速度 = [扫描频率(Hz)*信号周期 (micron) ]*10e-6 其中 信号周期 = 测量步距 (micron) * 细分倍数 * 4 [micron]
高精度运动控制系统的应用
龙门式双轴直线电机平台
构成：CNC（控制卡）+驱动+电 机+反馈 控制模式：位置/速度/力矩 控制接口：总线/模拟/脉冲 定位分辨率：0.5um-5um 重复定位精度：10um 最大加速度：5g 特点：多轴联动，精度高，功能 强，价格偏高 应用领域：数控机床、激光设备 、封装设备、测试测量
伺服驱动器的选择
HN伺服控制驱动器是一种通用型的 伺服控制驱动器，可驱动交流无刷旋 转电机和交流无刷直线电机等伺服电 机。该驱动器采用DSP作为核心控制 芯片，使用全数字电机控制算法，实 现了电流环、速度环、位置环的闭环 控制，此外该驱动器还具有：微动换 相、电机参数识别、控制参数自整定 、高阶运动轨迹生成、共振抑制、用 户程序控制等功能。
慧摩森
高精度运动控制系统 ----关键技术及综合运用 关键技术及综合运用
北京慧摩森电子系统技术有限公司
公司简介（ 公司简介（一）
北京慧摩森电子系统技术有限公司是以开发生 产高精度运动定位系统为主的高新技术企业，所研 发产品集成光机电一体化技术，采用的技术和产品 精度达到国际先进水平。 目前直线电机在运动控制领域的应用越来越广 泛，我公司所生产的SM系列直线电机性能稳定， 质量好，与PWM的驱动控制器及直线光栅编码器组 成伺服运动系统，代替传统的丝杠和皮带传动结构 形式，简化了结构，提高了运动控制系统的性能。 公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。

MTC101-运动控制系统基础PPT课件

MTC101-运动控制系统基础PPT课件

Servo Drive
Motor Brake
Mechanical Brake Option
Vertical Applicatio
n
Gravity
Mass
.
11
伺服驱动Servo Drive
Motor with Feedback
Motor Power
Position Feedback
Servo Drives 伺服驱动 接受运动控制器的指令信号，控制 电机所提供的速度和扭矩（电流），要完成这些，驱动器需 要将主进线电能转换成电机所需要的电压和电流，以完成营 工控制要求。
Position Feedback
•存储和执行运动程序 •控制运动 •存贮配置参数
Servo Drive
Command Signal Position Feedback
.
Motion Controller
Motion Software
14
课程内容
2. 运动控制产品
.
15
单体伺服驱动解决方案
Index 运动解决方案
1) Single CPU (Logix) for PLC / Safety and Motion applications including Kinematics
2) Single programming package (RSLogix5000) (for PLC/Motion applications and also for all Logix controllers, Tag based addressing, Alias addressing and program data scoping, Auto creation of structures (easier to install / program / maintain)

运动控制系统简介及简单应用 ppt课件

运动控制系统简介及简单应用 ppt课件
第二代：全控型器件，如GTO、BJT、IGBT、 MOSFET等 。此类器件用于无源逆变 (DC→AC) 和直流调压（DC→DC）时，无须 强迫换流回路，主回路结构简单。另一个特点 是可以大大提高开关频率，用脉宽调制（ PWM）技术控制功率器件的开通与关断，可 大大提高可控电源的质量。
PPT课件
13
(2)数字控制器 :硬件电路标准化程度高、制作成本低、而 且不受器件温度漂移的影响。控制规律体现在软件上 ，修改起来灵活方便。此外，还拥有信息存储、数据 通信和故障诊断等模拟控制器无法实现的功能。
PPT课件
14
4．信号检测与处理－传感器
运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流 、转速和位置，为了真实可靠地得到这些信号 ，并实现功率电路（强电）和控制器（弱电） 之间的电气隔离，需要相应的传感器。
PPT课件
6
3．微电子技术－－控制基础 微电子技术的快速发展，各种高性能的大规模 或超大规模的集成电路层出不穷，方便和简化 了运动控制系统的硬件电路设计及调试工作， 提高了运动控制系统的可靠性。高速、大内存 容量、多功能的微处理器或单片微机的问世， 使各种复杂的控制算法在运动控制系统中的应 用成为可能，并大大提高了控制精度。
在工程实际中，对于一些难以求得其精确解析解的问题， 可以通过计算机求得其数值解，这就是计算机数字仿真。 计算机数字仿真具有成本低，结构灵活，结果直观，便于 贮存和进行数据分析等优点。计算机辅助设计(CAD)是在 数字仿真的基础上发展起来的，在系统数学模型基础上进 行仿真，按给定指标寻优进行计算机辅助设计，已成为运
传感器安装位置 ➢ ?电极轴端 ➢ ?负载
PPT课件
知识领域： 控制理论
知识领域： 电力电子与驱动技术
知识领域： 电机原理与模型

高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件

高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件
公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
15
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]

PMAC运动控制系统

PMAC运动控制系统
PMAC运动控制系统的软件功能
编程语言与开发环境
编程语言
PMAC运动控制系统支持多种编程语 言，如C、C、Python等，方便用户 根据项目需求选择合适的编程语言进 行开发。
开发环境
PMAC提供完整的集成开发环境（IDE ），包括代码编辑器、编译器、调试 器等，方便用户进行软件开发和调试 。
运动控制算法
控制器通常采用高性能的微处理器或专用集成电路（ASIC），具有高速运 算和控制能力。
控制器可以实现多轴联动控制，支持多种运动模式和轨迹规划，满足复杂 运动控制需求。
伺服驱动器
伺服驱动器是连接控制器和 伺服电机的桥梁，负责接收 控制器的控制信号，并将其 转换为适合伺服电机运行的
电压或电流信号。
伺服驱动器具有过载保护、 速度控制、转矩控制等功能 ，能够确保伺服电机在各种
PMAC运动控制系统的应用案例
数控机床的改造
数控机床是现代制造业的重要设备， 通过改造数控机床，使用PMAC运动 控制系统，可以提高加工精度、加工 效率和加工质量。
PMAC运动控制系统能够实现高精度 的位置控制和速度控制，同时具有强 大的编程和调试功能，可以根据不同 的加工需求进行定制化配置。
自动化生产线控制
自动化生产线
用于控制生产线的传送带、机械臂等设备的 运动，实现自动化生产。
机器人
用于控制机器人的关节运动，实现机器人的 精确轨迹跟踪和动作控制。
激光加工
用于控制激光切割、焊接和打标设备的运动 ，实现高精度的激光加工。
PMAC的发展历程
1980年代
PMAC的原型问世，主要用于高 精度机床的控制。
1990年代
工况下的稳定运行。
伺服驱动器还具有多种反馈 接口，可以与传感器配合使 用，实现高精度的位置和速 度控制。

光刻机超精密工件台数据驱动运动控制

光刻机超精密工件台数据驱动运动控制

04
光刻机超精密工件台数据 驱动运动控制的关键技术
问题
高精度运动控制技术
总结词
高精度运动控制技术是光刻机超精密工件台数据驱动运动控 制的核心问题，需要解决高精度位置控制和姿态控制难题。
详细描述
光刻机超精密工件台需要实现纳米级的位置控制和姿态控制 ，这需要采用先进的运动控制算法和高精度传感器技术。同 时，还需要解决运动过程中由于温度、湿度等环境因素引起 的误差问题。
03
光刻机超精密工件台数据 驱动运动控制的应用场景
芯片制造领域
芯片制造是光刻机超精密工件台数据驱动运动控制的主要应用场景之一。在芯片 制造过程中，需要使用光刻机进行微缩图案的刻画，而超精密工件台则可以实现 对芯片的精确位置和姿态调整，以确保刻画图案的准确性和一致性。
在芯片制造领域，光刻机超精密工件台数据驱动运动控制技术可以大大提高芯片 制造的效率和品质。通过对工件台的精确控制，可以实现刻画图案的纳米级精度 ，避免因位置和姿态不准确而引起的刻画错误和芯片性能下降的问题。
光刻机超精运密动工控件制台数据驱动
汇报人： 2023-11-20
目录
• 光刻机超精密工件台概述 • 数据驱动运动控制技术 • 光刻机超精密工件台数据驱动运动控制的
应用场景 • 光刻机超精密工件台数据驱动运动控制的
关键技术问题
目录
• 光刻机超精密工件台数据驱动运动控制的 发展趋势和挑战
• 光刻机超精密工件台数据驱动运动控制的 应用案例分析
稳定性的运动控制。
其他辅助系统
如冷却系统、真空系统等，保 证工件台在稳定的温度和压力
条件下工作。
02
数据驱动运动控制技术
数据驱动运动控制技术的定义
基于数据驱动的运动控制技术，主要 是通过采集设备运行数据，进行数据 分析，提取特征，建立模型，并对设 备进行实时监测与控制。

《运动控制》课件

《运动控制》课件

运动控制的基本原理
1 控制系统的要素
解释构成运动控制系统的重要要素，如传感器和执行器。
2 反馈控制原理
介绍反馈控制原理的基本概念和运作方式。
运动控制的技术方法
位置控制技术
详解位置控制技术，包括编码 器和位置伺服系统。
速度控制技术
深入研究速度控制技术，包括 PID控制和电机驱动。
力控制技术
探讨力控制技术在工业自动化 和机器人领域中的应用。
《运动控制》PPT课件
欢迎来到《运动控制》PPT课件！本课程将带您深入了解运动控制的重要性和 应用领域，并探索其基本原理、技术方法和发展趋势。
课件பைடு நூலகம்绍
本节将介绍课件的目的和重要性，以及主要内容的概述。
运动控制概述
定义
了解运动控制的定义，涵盖其在不同领域的应用。
应用领域
探索运动控制在工业、机器人和自动化等领域的 广泛应用。
2 发展前景展望
展望运动控制的未来发展，包括智能化和高效能的前景。
运动控制的发展趋势
1
高精度
2
介绍高精度运动控制技术的发展，如高
精度传感器和控制算法。
3
智能化
展望运动控制的智能化趋势，如人工智 能和机器学习的应用。
高效能
探讨提高运动控制系统效能的方法，如 优化控制策略和能源管理。
总结
1 运动控制的重要性
总结运动控制的重要性，强调其在现代工业和机器人技术中的关键作用。

运动控制技术经典PPT课件

运动控制技术经典PPT课件

控制器与驱动器结合策略-1
❖ 优点： ❖ 运动控制器不需要完成任何闭环，对控制器要求较
低，全部通用运动控制器都可以实现这个功能。控 制器即使不接任何反馈也可以实现控制。 ❖ 让电机运动起来很简单，几乎不会存在飞车的可能。 ❖ 脉冲信号抗干扰能力较强，对屏蔽要求低。 ❖ 控制器不需要调试PID参数，但驱动器中可能需要 调试。 ❖ 能实现这种功能的产品最多。
控制器与驱动器结合策略-1
❖ 缺点： ❖ 无法实现全闭环控制 ❖ 电机无法实现非常快速的响应 ❖ 所有运动控制部分都在驱动器中完成，由于
大部分驱动器计算能力有限，要实现较高的 控制要求往往很难实现。
控制器与驱动器结合策略-2
❖ 运动控制器完成位置环闭环 ❖ 控制器输出+/-10V速度指令信号给驱动器 ❖ 伺服驱动器工作于速度控制模式下，在驱动
现场过程信号
★可以提供低速、大转矩，取消了减速机构 ★低速稳定性好，力矩输出平稳，精度高，力矩波动小
运动控制器
驱动机构 功率放大
编码器
人机界面
执行机构 减直速线机电构机 传动机构 机械装置 光栅
现场过程信号
·直线电机可以看做将旋转电机沿径向剖开，然后将电机 沿圆周展成直线 ·取消了机械传动装置
器内部实现双闭环(速度环与电流环)，驱动器 负责电机的换向。 ❖ 在这种模式下，控制器必须接受反馈信号， 否则不能实现控制。
控制器与驱动器结合策略-2
控制器与驱动器结合策略-2
❖ 名词解释： ❖ 伺服周期：控制器每隔一个固定的时间，就对伺服
电机实现一次闭环控制：将控制器内部计算的指令 值与从外部传感器获得的实际值比较做差，得到误 差值，对该误差值进行PID等控制，实现减小偏差。 这个固定的间隔时间就称为伺服周期。 ❖ 伺服周期是控制器一个非常重要的指标，伺服周期 越短，电机响应越快，能实现更快的加减速，对误 差纠正能力越强，调试效果也越好。 ❖ 三闭环有各自的伺服周期，最重要的是位置环伺服 周期。

运动控制简介演示

运动控制简介演示

应用场景
常用于高精度、复杂的运 动控制系统，如机器人、 数控机床等领域。
专用运动控制器
硬件组成
专用运动控制器是一种针对特 定应用而设计的控制器，通常 采用ASIC或FPGA等芯片实现
。
软件功能
针对特定应用进行优化，实现高性 能的运动控制算法和逻辑控制算法 。
应用场景
常用于需要高性能、高可靠性的领 域，如航空航天、军事等领域。
03
驱动器与执行器
驱动器的种类与特点
01
直流电机驱动器
采用PWM（脉宽调制）或H桥电路，实现对直流电机的速度和方向控
制。具有调速范围广、控制精度高的优点，但体积较大，成本较高。
02
交流电机驱动器
采用矢量控制或直接转矩控制技术，实现对交流电机的速度和方向控制
。具有调速范围宽、控制精度高、体积小、成本适中的优点。
运动控制简介演示
汇报人： 2023-11-16
目录
• 运动控制概述 • 运动控制器 • 驱动器与执行器 • 传感器与反馈系统 • 运动控制应用案例 • 运动控制的未来发展趋势与挑战
01
运动控制概述
定义与重要性
定义
运动控制是一种对机械系统运动和性能进行控制的技术，主要涉及电力、电子 、计算机、控制理论等领域。
03
步进电机驱动器
通过控制脉冲数量和频率，实现对步进电机的速度和位置控制。具有步
进角小、控制精度高、低速性能好、体积小、成本较低的优点。
执行器的种类与特点
电动执行器
以电动机为动力源，通过传动机构带动阀芯动作，实现阀门的开启、关闭和调节。具有结构简单、操作方便、可靠性高的优点，但需要额外的控制器进行控制 。
机器人运动控制

《电子凸轮介绍》课件

《电子凸轮介绍》课件
电子凸轮
易于实现复杂运动轨迹，响应速度快，精度高，可通过软件进行实时调整。但受 限于传感器和电池寿命，可能不适合高负载场景。
适用场景与选择建议
传统凸轮
适用于对传动稳定性和承载能力要求 高的应用场景，如汽车发动机、压缩 机等。
电子凸轮
适用于对运动控制精度和灵活性要求 高的应用场景，如机器人、自动化生 产线等。
03
电子凸轮的关键技术
电机与驱动技术
01
02
03
电机类型
根据应用需求选择合适的 电机类型，如步进电机、 伺服电机等。
驱动方式
采用合适的驱动方式，如 H桥、三相电机驱动等， 以实现电机的平稳运行。
电机控制
通过控制器对电机进行精 确控制，实现电机的启动 、停止、正反转等操作。
位置检测与反馈
位置检测
采用高精度编码器、光电 开关等传感器对电机的位 置进行实时检测。
反馈控制
将检测到的位置信息反馈 给控制器，通过控制器对 电机进行精确控制，实现 高精度定位。
位置校准
对检测到的位置信息进行 校准，消除误差，提高定 位精度。
控制算法与策略
控制算法
自适应控制
采用PID控制、模糊控制等算法对电 机进行精确控制。
新兴产业应用
电子凸轮在新能源、新材料、航空航天等新兴产业中具有广泛的应用前景，这些产业的快速发展将进一步推动电 子凸轮的市场需求。
对行业的影响与价值
1 2 3
提高加工效率和加工质量
电子凸轮能够实现高精度、高效率的运动控制， 有助于提高机械加工行业的整体水平。
促进制造业转型升级
电子凸轮等高精度运动控制技术的应用，将推动 制造业向数字化、智能化、绿色化方向转型升级 。

运动控制系统ppt课件

运动控制系统ppt课件

ud
ua
ub
uc
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O
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Ud E
t O
id ic O
ia
ib
ic
id
a）电流连续
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b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
Ud E
t
t
1.2.3 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的 转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热。为了避免或减轻这种影响，须采 用抑制电流脉动的措施，主要是：
• 瞬时电压平衡方程
ud0
E
id R
L
did dt
(1-3)
式中
E — 电动机反电动势；
id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感；
R — 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
对ud0进行积分，即得理想空载整流电压 平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的
序言
课程的内容、目的
以电动机为控制对象、以实现既定（旋转） 运动规律和特性为目标、以电力能量变换技 术（电力电子应用技术）和自动控制理论及 相关控制技术为手段，探讨如何构成运动控 制系统。
序言
课程的地位、意义
• 自动化学科及自动控制领域背景知识 • 自动化专业的内涵及专业特征 • 本课程的专业地位及重要性
O
TL
2 3
Te
曲线变软。
调磁调速特性曲线
▪ 三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（即电机 额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

运动控制和学习ppt课件

运动控制和学习ppt课件

运动控制卡广泛应用于各种自 动化设备和生产线，如包装机 械、印刷机械等。
运动控制器
运动控制器是一种集成了运动控 制算法和硬件接口的控制器，用
于实现多轴协调运动控制。
运动控制器通常采用高速计算机 或DSP等技术实现，具有强大的
计算和控制能力。
运动控制器广泛应用于数控机床、 机器人、自动化生产线等领域， 是实现高效、高精度加工的关键
伺服控制系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器三部分组成，具有快速响应、 高精度和高稳定性的特点。
伺服控制技术的应用范围广泛，包括数控机床、机器人、自动化生产线等领域。
步进控制技术
步进控制技术是一种通过控制步进电 机的步进角度来实现精确位置控制的 技术。
步进控制技术的应用范围也较广，如 打印机、扫描仪、自动化设备等。
位置、稳定性等。
学习控制的方法
监督学习
通过输入输出数据，学习 一个从输入到输出的映射 关系，实现对被控对象的 控制。
无监督学习
通过学习数据的内在规律 和结构，对被控对象进行 控制。
强化学习
通过与环境交互，学习如 何最优地选择行为以最大 化累积奖励，实现对被控 对象的控制。
学习控制的实现
数据采集
采集被控对象的输入输出数据 ，为学习提供数据支持。
设备之一。
03 学习控制理论
学习控制的概念
学习控制
指通过一定的控制策略， 使被控对象达到所期望 的性能指标，实现最优
控制。
控制策略
指在控制过程中所采用 的方法和手段，包括开 环控制、闭环控制、最
优控制等。
被控对象
指被控制的系统或设备， 可以是机械系统、电气
系统、化工系统等。
性能指标

运动控制ppt课件

运动控制ppt课件
缺点
模糊规则的制定和隶属度函数的选取需要一定的 经验和技巧，且计算量较大。
神经网络算法在运动控制中的优化
神经网络算法原理
通过模拟人脑神经元的结构和功能，构建多层神经网络模 型，利用样本数据对模型进行训练和优化。
在运动控制中的优化
神经网络算法可以用于运动控制系统的建模、辨识和优化 。例如，在电机参数辨识、运动轨迹规划等领域，神经网 络算法能够提高系统的精度和效率。
深入理解运动控制系统的基本原理
通过实验，学生应能够加深对运动控制系统基本原理的理解，包括控制器设计、系统稳 定性分析等方面。
培养实验操作能力和数据分析能力
学生应具备独立进行实验操作和数据分析的能力，能够根据实验数据得出合理的结论。
实验步骤和数据记录
搭建运动控制系统仿真模型
在MATLAB/Simulink环境中，根据实验要求搭建运动控制系统的 仿真模型，包括控制器、执行器、传感器等部分。
利用物联网和大数据技术，实现远程 监控和智能维护，提高维护效率和质 量。
寿命预测与健康管理
基于历史数据和实时监测信息，预测 系统剩余寿命和健康状况，制定维护 计划。
多轴协同和同步控制技术
多轴协同控制
针对多轴运动系统，设计 协同控制策略，实现各轴 之间的协调运动，提高系 统整体性能。
同步控制技术
通过精确的时序控制和同 步机制，实现多轴运动系 统的同步运行，保证系统 稳定性和精度。
设置仿真参数和运行仿真
根据实验需求设置合适的仿真参数，如仿真时间、步长等，并运行 仿真，记录仿真过程中的关键数据。
分析仿真结果
对仿真结果进行分析，包括系统响应曲线、误差曲线等，以评估系 统的性能。
实验结果分析和讨论
系统性能评估

控制器系统运动控制技术：实现精确的位置和速度控制

控制器系统运动控制技术：实现精确的位置和速度控制
• 以PLC和DCS为代表的自动化控制系统广泛应用于工业生产
• 运动控制技术逐渐成为自动化控制系统的重要组成部分
• 21世纪，运动控制技术不断发展，呈现出集成化、智能化和网络化的趋势
• 集成化：运动控制技术与其他控制技术相结合，实现多种控制功能的集成
• 智能化：引入人工智能算法，提高运动控制系统的自适应性和智能化水平
汽车的驱动和制动控制
汽车的制动能量回收
• 提高行驶安全性和节能性能
• 提高能源利用效率，降低能
耗
06
控制器系统运动控制技术的未
来发展趋势
工业4.0时代下的运动控制技术
互联网+
大数据
人工智能
• 运动控制技术与互联网相结合，
• 利用大数据分析技术，优化运动
• 引入人工智能算法，提高运动控
实现远程监控和诊断
• 能够提高系统的稳定性和适应性
器等
05
控制器系统运动控制技术的实
际应用案例
机器人运动控制技术的应用案例
01
02
机器人焊接
机器人搬运
• 通过运动控制技术实现机器人的
• 通过运动控制技术实现机器人的
精确焊接轨迹
精确搬运和定位
• 提高生产效率和产品质量
• 提高生产效率和安全性
自动化生产线运动控制技术的应
数调整
• 优点：收敛速度快，可以实现全局最
优化
• 优点：简单易行，适用于初步调试
优解
• 优点：可以实现全局最优解，适用于
• 缺点：依赖于个人经验，难以实现最
• 缺点：对初始参数敏感，容易陷入局
复杂系统
优控制
部最优解
• 缺点：建模复杂，需要专业知识
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  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

➢ 光栅传感器精度的决定因素
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
线性编码器最大速度 = [扫描频率(Hz)*信号周期 (micron) ]*10e-6
2020/4/16
执行机构的主要性能指标
• 系统刚度 • 系统共振频率 • 系统的承载能力 • 系统最大运行速度及加速度 • ……
2020/4/16
装配工艺中应注意的问题
• 设备的装配质量受到多方面因素的影响，除了技术、工艺方面的问题以外，还与装 配工人的人为因素有关，这里我们重点介绍一下位置反馈传感器的选取与安装
伺服控制：运动控制在于如何产生运动控制指令(算法),而伺服控制在于如何让 机电系统快速，准确地跟踪运动控制指令
• 系统实验与系统辩识 • 振动分析与抑振技术 • 鲁棒控制技术 • 自适应控制 • 自学习与自调整 • 模糊训练
2020/4/16
伺服驱动器的主要性能指标
• 工作电压 • 输出电流 • 工作效率 • 伺服控制算法 • 闭环响应带宽 • 动/静态精度 • 控制刚度 • 稳态时间 • 分辨率 • 采样时间/控制频率 • 各种保护功能
公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。
2020/4/16
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
过压保护/欠压报警、短路保护、最大电流持续时间、连续/RMS电流 保护、过温保护、停机保护、失控保护(电流反灌保护)
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执行机构设计的关键技术
执行机构
运动系统的执行机构由电机及完成运动的机械结构组成，执行机构的 设计主要目的是提高系统刚性、抑制系统的低频共振。 • 执行机构/电机的设计 • 运动连接及动力传输 • 动力学分析与仿真 • 结构与振动分析 • 直线电机的兴起及应用 • ……
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
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总结
• 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
• 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 • 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 • 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 • 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响
安装误差的影响
பைடு நூலகம்2020/4/16
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
2020/4/16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
公司还代理销售MicroE、SIKO、 ELMO等多家国外知名品牌的光栅、磁 栅、驱动器、控制器等产品，并为客户 提供技术支持和伺服运动控制系统集成 。
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运动控制系统的关键技术
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运动控制系统的基本构成
人机接口/高层指令生成
运动控制平台/运动控制卡 功率放大器/驱动器
• 运动控制
➢ 产生相对于时间的空间轨迹,以及直接实现各机械模块之间的同 步控制, 例如:
✓ 电子齿轮变速(无级变速) ✓ 各种平面曲线,圆,椭圆, y(t) = f(x(t)) ✓ 各种空间曲线, z(t) = f(x(t), y(t))
• 运动插补 • 高阶运动轨迹生成 • 运动控制系统的自学习与自调整 • 工业现场的高速网络化通讯 • ……
[m/sec]
其中 信号周期 = 测量步距 (micron) * 细分倍数 * 4
[micron]
➢ 安装要求
➢ 反映真实的被测物理变量
➢ 对电气及机械噪声干扰不敏感
➢ 可允许的振动与冲击的工作环境
➢ 光栅尺与读数头的安装刚度
➢ 光栅传感器的非运动部件的振动隔离
➢ 传感器电缆的最小弯曲半径
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2020/4/16
运动控制的主要技术指标
• 可产生的运动轨迹的种类(直线,圆,弧线,任意曲线) • 轨迹相对时间的阶次 • 最高速度,最高加速度 • 位置,速度精度 • 可同时控制运动轴数(4 轴,8,轴,……) • 运动轴之间的同步 • 伺服轴的数目 • ………
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伺服控制中的关键技术
➢ 同时算法的复杂性还要受到系统实时性和计算机的速度的制约。
•通常在理想时间轨迹之外,还需加入补偿控制,以实现运动的快速性及平稳性。
关键技术：
高精度运动控制系统的关键技术涉及：运动控制、伺服控制、机械 结构设计及材料选择、装配工艺以及系统的保护等诸多方面的技术 。
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运动控制中的关键技术
2020/4/16
公司简介（一）
北京慧摩森电子系统技术有限公司是以开发生 产高精度运动定位系统为主的高新技术企业，所研 发产品集成光机电一体化技术，采用的技术和产品 精度达到国际先进水平。
目前直线电机在运动控制领域的应用越来越广 泛，我公司所生产的SM系列直线电机性能稳定， 质量好，与PWM的驱动控制器及直线光栅编码器组 成伺服运动系统，代替传统的丝杠和皮带传动结构 形式，简化了结构，提高了运动控制系统的性能。
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反馈传感器
被控对象
执行机构/电机
运动控制系统的要求及所涉及关键技术
要求：
在机械结构允许的情况下,产生最快最平稳的时间轨迹.
➢ 这就需要在下列系统限制的情况下确定算法: ✓ 机械机构的固有频率, ✓ 执行机构的响应时间, ✓ 伺服系统通带宽度, ✓ 电机功率, ✓ 驱动器功率, ✓ 传感器响应及限制 ✓ 电源电压, ✓ ….