运动控制和相关技术架构V04(初级)课件

运动控制及其相关技术架构运动控制及其相关技术架构内容提纲一、工业自动化与运动控制二、运动控制类型、应用和系统组成三、运动控制目标参数与数据流程四、运动控制器产品线和技术线分析五、运动控制器的硬件架构六、运动控制器的软件架构内容提纲一、工业自动化与运动控制一、工业自动化与运动控制一、工业自动化与运动控制工业控制自动化技术是一种运用 控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术， 对工业生产过程实现

检测、控制、优化、调度、管理和决策， 达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全 等目的的综合性技术， 主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化的概念技术手段研究范围预期目标工业控制自动化技术是一种运用工业自动化的概念技术手段研究范围一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展工业自动化的发展趋势一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流工业自中国工业自动化的现状我国每年都要进口大量的先进装备，例如： 制造手机的许多设备是从德国进口的； 三峡工程的一些发电设备是ＡＢＢ的； 大型工程机械主要是日本和德国的； 集成电路的主要生产设备是美国的； 汽车生产线上的很多设备是日本、美国或德国的； 高档纺织机械很多是日本和意大利的； 机床数控系统主要来自日本和德国；……中国工业自动化的现状我国每年都要进口大量的先进装备，例如：中国工业自动化的难关我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难点：一、自动化技术应用较少；二、缺少光机电一体化技术人才；三、先进的传感器技术应用匮乏，难以生产先进高档装备；四、信息技术应用较少，在新一代技术标准和开放技术面前缺少集成能力。中国工业自动化的难关我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难工业自动化与运动控制的关系工业自动化设备自动化管理自动化PLC运动控制数据采集工业自动化与运动控制的关系工业自动化设备自动化PLC运动控制的范畴狭义的运动控制：

电机的控制广义的运动控制：

控制器驱动电机传动机构普通电机+变频器步进电机+驱动器伺服电机+驱动器……运动控制的范畴狭义的运动控制：广义的运动控制：普通电机+变频运动控制的概念运动控制技术是一门结合了电机学、

自动控制学、

电气技术、

机电一体化技术、

计算机控制技术的综合技术。在生产实际中，使用运动控制技术/设备，能够解决各种复杂的定位控制问题，因此它在设备自动化领域得到了广泛的应用。运动控制的概念运动控制技术是一门结合了电机学、二、运动控制类型、应用和系统组成二、运动控制类型、应用和系统组成运动控制的类型单机点位运动控制轨迹运动控制（轮廓控制）生产线同步运动控制运动控制的类型单机点位运动控制单机点位运动控制单机点位运动控制轨迹运动控制轨迹运动控制生产线同步运动控制生产线同步运动控制运动控制的应用行业1）传统机床行业车床、铣床、磨床、冲床、钻床等等2）电子设备行业

PCB钻铣、SMT设备等等3）医疗设备行业血浆机、超声聚焦刀等等4）激光加工行业激光雕刻、激光切割等等5）印刷包装行业6）办公自动化行业

……运动控制的应用行业1）传统机床行业运动控制的系统组成运动控制器（如MPC系列）人机交互（显示、键盘）外部信号（限位、原点等）步进/伺服电机驱动器位置反馈运动控制的系统组成运动控制器人机交互外部信号步进/伺服位置反运动控制的系统示例点胶示教机器人运动控制的系统示例点胶示教机器人运动控制产品机械传动

丝杆螺母、齿轮齿条（同步带）、减速机执行电机及其驱动

步进电机及其驱动器伺服电机及其驱动器直线电机、平面电机运动控制器

PLC（+运动控制模块）

数控系统：西门子、法那克

PC-base运动控制卡：MPC01~03/07/08独立式运动控制器：MPC6xxx、Trio传感检测、人机交互……集成化产品：

Exlar电动缸

JVL电机运动控制产品机械传动集成化产品：机械传动导轨、滑台、丝杠传动等减速器机械传动导轨、滑台、丝杠传动等减速器执行电机及驱动器步进电机其驱动器伺服电机其驱动器直线电机运动台执行电机及驱动器步进电机其驱动器伺服电机其驱动器直线电机运动运动控制器PLC数控系统脱机式运动控制器PC-Base控制卡运动控制器PLC数控系统脱机式运动控制器集成化产品电动缸JVL一体化电机集成化产品电动缸JVL一体化电机三、运动控制目标参数

与数据流三、运动控制目标参数

与数据流运动学参数

力学参数

刚度阻尼惯性位移速度加速度控制目标参数

精度效率稳定性运动控制目标与理论基础牛顿第二定律动量守恒定律动能守恒定律……微积分量化误差……牛顿力学弹性力学工程力学机械振动学……运动学参数力学参数刚度位移控制目标数据流与数据处理设计文件加工数据运动指令微指令信号数据提取轨迹优化坐标转换运动规划速度前瞻插补算法脉冲序列I/O逻辑AutoCADCorelDraw……G-code协议……速度设置直线/圆弧……速度寄存器位移寄存器……脉冲/方向模拟电压……数据流与数据处理设计文件加工数据运动指令微指令信号数据提取四、运动控制器产品线和技术线分析四、运动控制器产品线和技术线分析MPC0120002001200220032004200520062007200820092010MPC02MPC03MPC05MPC6515MPC6535MPC6536MPC6575ISA总线专用运控芯片运控基本逻辑运控指令系统PCI总线底层驱动DSP+FPGA硬件同步速度前瞻MPC07/08MPC2810主USB、串口指令协议G代码从USB闭环算法增益调整可靠性矢量S型速度示教机器人FPGA指令硬缓冲S型速度多任务、指令集现场总线MPC7410LT7310嵌入式技术MPC6610通用激光点胶运控与驱动集成热设计、集成测试机器人机器视觉嵌入PLC……系统集成运动控制器产品线与技术发展示意图MPC01200020012002总线技术 平台与架构技术 运动控制算法 集成技术 可靠性技术

运动控制器技术路线示意图ISA总线PCI总线USB、RS232工业现场总线PC平台DSP+FPGA平台嵌入式ARM平台专用运控芯片速度前瞻闭环算法自适应控制运控基础技术底层驱动技术指令体系与协议多任务与指令集接口保护运控与驱动集成工艺集成插补算法电磁兼容总线技术 平台与架构技术 运动控制算法 集成技运动控制器技术的层次硬件层：

CPU（单片机、DSP、FPGA等）存储（FLASH、SRAM等）

接口技术驱动层：固件（单片机、DSP、FPGA等）设备驱动（DRV）

动态连接库（DLL）应用层：

系统集成（设备工艺）运动控制器技术的层次硬件层：五、运动控制器的硬件架构五、运动控制器的硬件架构B通道U盘DSPNANDFlash脱机式运动控制器硬件架构示意图CPLDFLASHSRAM局部总线RS232HostUSBFPGAPC机人机界面光电隔离电机控制激光控制A通道限位原点存储通讯I/OCPUB通道U盘DSPNAND脱机式运动控制器硬件架构示意图CP脱机式运动控制器脱机式运动控制器DSP局部总线PC-base运动控制卡硬件架构示意图FLASHPCI/ISAFPGA光电隔离电机控制激光控制限位原点PCI/ISA芯片PC可选DSP局部总线PC-base运动控制卡硬件架构示意图FLASPB-Base运动控制卡PB-Base运动控制卡六、运动控制器的软件架构六、运动控制器的软件架构PC驱动架构PC驱动架构DSP固件架构DSP固FPGA固件架构FPGA结束语运动控制技术是设备自动化的关键核心技术之一；运动控制技术是一门多学科的综合性技术；欢迎访问：结束语运动控制技术是设备自动化的关键核心技术之一；谢谢！谢谢！知识回顾KnowledgeReview知识回顾KnowledgeReview运动控制及其相关技术架构运动控制及其相关技术架构内容提纲一、工业自动化与运动控制二、运动控制类型、应用和系统组成三、运动控制目标参数与数据流程四、运动控制器产品线和技术线分析五、运动控制器的硬件架构六、运动控制器的软件架构内容提纲一、工业自动化与运动控制一、工业自动化与运动控制一、工业自动化与运动控制工业控制自动化技术是一种运用 控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术， 对工业生产过程实现

检测、控制、优化、调度、管理和决策， 达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全 等目的的综合性技术， 主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化的概念技术手段研究范围预期目标工业控制自动化技术是一种运用工业自动化的概念技术手段研究范围一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展工业自动化的发展趋势一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流工业自中国工业自动化的现状我国每年都要进口大量的先进装备，例如： 制造手机的许多设备是从德国进口的； 三峡工程的一些发电设备是ＡＢＢ的； 大型工程机械主要是日本和德国的； 集成电路的主要生产设备是美国的； 汽车生产线上的很多设备是日本、美国或德国的； 高档纺织机械很多是日本和意大利的； 机床数控系统主要来自日本和德国；……中国工业自动化的现状我国每年都要进口大量的先进装备，例如：中国工业自动化的难关我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难点：一、自动化技术应用较少；二、缺少光机电一体化技术人才；三、先进的传感器技术应用匮乏，难以生产先进高档装备；四、信息技术应用较少，在新一代技术标准和开放技术面前缺少集成能力。中国工业自动化的难关我国装备落后的原因主要存在以下几个技术难工业自动化与运动控制的关系工业自动化设备自动化管理自动化PLC运动控制数据采集工业自动化与运动控制的关系工业自动化设备自动化PLC运动控制的范畴狭义的运动控制：

电机的控制广义的运动控制：

控制器驱动电机传动机构普通电机+变频器步进电机+驱动器伺服电机+驱动器……运动控制的范畴狭义的运动控制：广义的运动控制：普通电机+变频运动控制的概念运动控制技术是一门结合了电机学、

自动控制学、

电气技术、

机电一体化技术、

计算机控制技术的综合技术。在生产实际中，使用运动控制技术/设备，能够解决各种复杂的定位控制问题，因此它在设备自动化领域得到了广泛的应用。运动控制的概念运动控制技术是一门结合了电机学、二、运动控制类型、应用和系统组成二、运动控制类型、应用和系统组成运动控制的类型单机点位运动控制轨迹运动控制（轮廓控制）生产线同步运动控制运动控制的类型单机点位运动控制单机点位运动控制单机点位运动控制轨迹运动控制轨迹运动控制生产线同步运动控制生产线同步运动控制运动控制的应用行业1）传统机床行业车床、铣床、磨床、冲床、钻床等等2）电子设备行业

PCB钻铣、SMT设备等等3）医疗设备行业血浆机、超声聚焦刀等等4）激光加工行业激光雕刻、激光切割等等5）印刷包装行业6）办公自动化行业

……运动控制的应用行业1）传统机床行业运动控制的系统组成运动控制器（如MPC系列）人机交互（显示、键盘）外部信号（限位、原点等）步进/伺服电机驱动器位置反馈运动控制的系统组成运动控制器人机交互外部信号步进/伺服位置反运动控制的系统示例点胶示教机器人运动控制的系统示例点胶示教机器人运动控制产品机械传动

丝杆螺母、齿轮齿条（同步带）、减速机执行电机及其驱动

步进电机及其驱动器伺服电机及其驱动器直线电机、平面电机运动控制器

PLC（+运动控制模块）

数控系统：西门子、法那克

PC-base运动控制卡：MPC01~03/07/08独立式运动控制器：MPC6xxx、Trio传感检测、人机交互……集成化产品：

Exlar电动缸

JVL电机运动控制产品机械传动集成化产品：机械传动导轨、滑台、丝杠传动等减速器机械传动导轨、滑台、丝杠传动等减速器执行电机及驱动器步进电机其驱动器伺服电机其驱动器直线电机运动台执行电机及驱动器步进电机其驱动器伺服电机其驱动器直线电机运动运动控制器PLC数控系统脱机式运动控制器PC-Base控制卡运动控制器PLC数控系统脱机式运动控制器集成化产品电动缸JVL一体化电机集成化产品电动缸JVL一体化电机三、运动控制目标参数

与数据流三、运动控制目标参数

与数据流运动学参数

力学参数

刚度阻尼惯性位移速度加速度控制目标参数

精度效率稳定性运动控制目标与理论基础牛顿第二定律动量守恒定律动能守恒定律……微积分量化误差……牛顿力学弹性力学工程力学机械振动学……运动学参数力学参数刚度位移控制目标数据流与数据处理设计文件加工数据运动指令微指令信号数据提取轨迹优化坐标转换运动规划速度前瞻插补算法脉冲序列I/O逻辑AutoCADCorelDraw……G-code协议……速度设置直线/圆弧……速度寄存器位移寄存器……脉冲/方向模拟电压……数据流与数据处理设计文件加工数据运动指令微指令信号数据提取四、运动控制器产品线和技术线分析四、运动控制器产品线和技术线分析MPC0120002001200220032004200520062007200820092010MPC02MPC03MPC05MPC6515MPC6535MPC6536MPC6575ISA总线专用运控芯片运控基本逻辑运控指令系统PCI总线底层驱动DSP+FPGA硬件同步速度前瞻MPC07/08MPC2810主USB、串口指令协议G代码从USB闭环算法增益调整可靠性矢量S型速度示教机器人FPGA指令硬缓冲S型速度多任务、指令集现场总线MPC7410LT7310嵌入式技术MPC6610通用激光点胶运控与驱动集成热设计、集成测试机器人机器视觉嵌入PLC……系统集成运动控制器产品线与技术发展示意图MPC01200020012002总线技术 平台与架构技术 运动控制算法 集成技术 可靠性技术

运动控制器技术路线示意图ISA总线PCI总线USB、RS232工业现场总线PC平台DSP+FPGA平台嵌入式ARM平台专用运控芯片速度前瞻闭环算法自适应控制运控基础技术底