几种运动控制系统的比较.docx

运动控制的实现方法1、 以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统早起的运动控制系统一般采用运算放大器等分离器件以硬接线的方式构成，这种系统的优点：（1） 通过对输入信号的实时处理，可实现系统的高速控制。（2） 由于采用硬接线方式可以实现无限的采样频率，因此，控制器的精度较高并且具有较大的带宽。然而，与数字化系统相比，模拟系统的缺陷也是很明显的：（1） 老化与环境温度的变化对构成系统的元器件的参数影响很大。（2） 构成系统所需的元器件较多，从而增加了系统的复杂性，也使得系统最终的可靠性降低。（3） 由于系统设计采用的是硬接线的方式，当系统设计完成之后，升级或者功能修改几乎是不可能的事情。（4） 受最终系统规模的限制，很难实现运算量大、精度高、性能更加先进的复杂控制算法。模糊控制系统的上述缺陷使它很难用于一些功能要求比较高的场合。然而，作为控制系统最早期的一种实现方式，它仍然在一些早期的系统中发挥作用；另外，对于一些功能简单的电动机控制系统，仍然可以采用分立元件构成。2、 以微处理器为核心的运动控制系统微处理器主要是指以MCS-51、MCS-96等为代表的8位或16位单片机。采用微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器，所构成的系统具有以下的优点：（1） 使电路更加简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要很多的元器件，从而使电路变得复杂。采用微处理器以后，大多数控制逻辑可以采用软件实现。（2） 可以实现复杂的控制算法。微处理器具有较强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有大容量的存储器，因此有能力实现较复杂的控制算法。（3） 灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要是由软件实现，如果需要修改控制规律，一般不需要修改系统德硬件电路，只需要对系统的软件进行修改即可。（4） 无零点漂移，控制精度高。数字控制系统中一般不会出现模拟系统中经常出现的零点漂移问题，控制器的字节一般可以保证足够的控制精度。（5） 可以提供人机界面，实现多机联网工作。然而，绝大多数的微处理器一般采用冯-诺依曼总线结构，处理器的速度有限，处理能力也有限；另外，单片机系统比较复杂，软件编程的难度较大。同时，一般单片机的集成度较低，片上不具备运动控制系统所需的专用外设，如PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）产生电路等。因此，基于微处理器构成的电动机控制系统仍然需要较多的元器件，这就增加了系统电路板的复杂性，降低了系统的可靠性，也难以满足运算量较大的实时信号处理的需要，难以实现先进控制算法，比如预测控制、模糊控制等等。3、 在通用计算机上用软件实现的运动控制系统在通用计算机上，利用高级语言编制相关的控制软件，配合驱动电路板、与计算机进行信号交换的接口板，就可以构成一个运动控制系统。这种实现方法利用计算机的高速度、强大运算能力和方便的编程环境，可以实现高性能、高精度、复杂的控制算法；同时，控制软件的修改也比较方便。然而，这种实现方式的一个缺点在于系统德体积过大，难以应用到工业现场中；而且，由于计算机本身的限制，难以实现实时性要求较高的信号处理算法。4、 利用专用芯片实现的运动控制系统 为了简化电动机模拟控制系统的电路，同时保持系统的快速响应能力，一些公司推出了专用电动机控制芯片，如TI公司直流无刷电动机控制芯片UCC3626、UCC2626等。利用专门电动机控制芯片构成的运动控制系统保持了模拟控制系统和以微处理器为核心的运动控制系统两种实现方式的长处，具有响应速度快、系统集成度高、使用元器件少、可靠性能好等优点；同时，专用电动机控制芯片便宜，进一步降低了最终系统的成本。这也是目前应用最广泛的一种运动控制系统实现方法。然而，受专用控制芯片本身的限制，这种系统的缺点也是很明显的，主要包括：（1） 由于已经将软件固化在芯片内部，虽然可以保证较高的系统响应速度，但是降低了系统的灵活性，不具有扩展性。（2） 受芯片制造工艺的限制，在现有的电动机专用控制芯片中所实现的算法一般都是比较简单的。（3） 由于用户不能对专用芯片进行编程，因此，很难实现系统的升级。（4） 受芯片本身算法的控制，这种系统的控制精度一般都较低，难以应用于那些高性能、高精度的场合。5、 以可编程逻辑器件为核心构成的运动控制系统由于FPGA/CPLD等可编程逻辑器件的发展，人们可以利用ALTERA、XILINX等公司提供的产品，使用这些公司提供的开发软件或者VHDL（）等开发语言，通过软件编程实现某种运动的控制算法，然后将这些算法下载到相应的可编程逻辑器件中，从而以硬件的方式实现最终的运动控制。利用可编程逻辑器件实现的运动控制系统具有以下的优点：（1） 系统的主要功能都可在单片FPGA/CPLD器件中实现，减少了所需元件个数，缩小了系统的体积。（2） 可编程逻辑器件一般具有系统可编程的特点，因此，以这个为基础构成的目标系统具有较好的扩展性和可维护性，通过修改软件并重新下载到目标上的相应器件中，就可以实现系统的升级。（3） 由于系统以硬件实现，响应速度快，可实现并行处理。（4） 开发工具齐全，容易掌握，通用性强。然而，这种系统实现方法的缺点也是很明显的，例如，尽管可编程逻辑器件可实现任意复杂的控制算法，但算法越复杂，可编程逻辑器件内部需要的晶体管门数就越多。按照目前的芯片制造工艺，可编程逻辑器件的门数越多，价格也越昂贵。因此，考虑到目标系统的成本，一般采用可编程逻辑器件实现较简单的控制算法，构成较简单的运动控制系统。6、 以可编程DSP控制器为核心构成的运动控制系统为了满足世界范围内运动控制系统的需要，TI公司推出了它的TMS320x24x系列DSP控制器。x24x系列DSP控制器将一个高性能的DSP核、大容量的片上存储器和专用的运动控制外设电路（16通道模拟数字转换单元、串行通信接口、CAN控制器模块等）集成在单芯片上，保持了传统微处理器可编程、集成度高、灵活性/适应性好、升级方便等优点；同时，其内部的DSP核可提供更高的运算速度、运算精度和处理大量运算数据的能力。x24x系列DSP控制器采用改进的哈佛结构，分别用独立的总线访问程序和数据存储空间，配合片内的硬件乘法器、指令的流水线操作和优化的指令集。DSP控制器可较好的满足系统的实时性要求，实现复杂的控制算法如Kalman滤波、模糊控制、神经元控制等。基于DSP控制器构成的电动机控制系统事实上是一个单片系统，因为整个电动机控制所需要的各种功能都是有DSP控制器来是实现的。因此，可大幅度的减小目标系统的体积，减少外部元器件的个数，增加系统的可靠性。另外，由于各种功能都可以通过软件来实现，因此，目标系统升级容易、扩展性、可维护性都很好。同时，DSP控制器的高性能使最终的系统既可以满足那些要求较低的系统，更可以满足那些对系统性能和精度要求较高的场合的需求。通过上面各种方法的对比，可以得出以下结论：（1） 基于DSP控制器构成的运动控制系统可以满足任意场合的需要，将是运动控制系统发展的方向。（2） 可以采用新型微处理器来实现一些功能复杂、要求较高的运动控制系统，然而，与同样性能的DSP控制器相比，这些新型微处理