1.运动控制系统的基本概念和典型构成

按照伺服机构的能源供给方式来划分，运动控制系统可以分为电动控制系统、气动控制系统和液压控制系统三种。 其中，液压伺服机构和气动伺服机构适用于要求防爆且输出力矩较大， 控制精度要求较低的场合。 近年来，随着大功率力矩电机的出现，电动伺服机构的应用范围得到了进一步的拓展。

按照被控制量的性质来划分， 运动控制系统可以分为位置控制系统、 速度控制系统、加速度控制系统、同步控制系统、力矩控制系统等类型。位置控制是将负载从某一确定的空间位置按照一定的轨迹移动到另一空间的位置，例如数控机床、搬运机械手和工业机器人。

速度控制和加速度控制是使负载按照某一确定的速度曲线进行运动， 例如电梯通过速度和加速度调节实现平稳升降和平层。 很多速度控制系统的控制目标也包括位置， 例如电梯控制系统， 因此，速度控制在很多情况下是与位置控制等相互配合来工作的。

力矩控制系统是通过转矩的反馈来使输出转矩保持恒定或按某一规律变化，应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中， 例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2.运动控制系统的基本组成

典型的运动控制系统如下图所示。

                                        图1 典型的运动控制系统

根据伺服机构和机械装置运行情况是否反馈至控制器， 运动控制系统又可以分为开环运动控制、半闭环运动控制和全闭环运动控制。

开环运动控制的一个典型案例是步进电动机控制的工作台移动，如下图所示。在开环运动控制系统中，执行机构（步进电动机）的运动目标指令和执行过程是确定的，但实际执行结果与指令之间是否存在偏差无法确定。

                    图2 开环运动控制系统

半闭环运动控制的一个典型案例是伺服电动机控制的工作台移动， 如下图所示。在半闭环运动控制系统中，执行机构（伺服电动机）的在执行运动目标指令过程中，会将本身的速度信息和位置信息反馈给控制器， 控制器在收到反馈信号后可以通过 PID 等算法消除执行机构实际运动结果与目标指令之间的偏差。

在半闭环运动控制系统中，反馈信号来自执行机构（伺服电机），而不是实际的生产机械。 因此，采用半闭环控制系统时， 由实际的生产机械造成的运动结果与目标之间的误差无法消除。 为了改善这种情况， 有些控制精度要求高的场合会采用全闭环运动控制系统， 在实际生产机械上再增加反馈信号输出装置并反馈给控制器，控制器根据实际运动过程与目标之间的偏差进行修正处理， 提高控制精度。全闭环运动控制系统的结构如下图所示。

在运动控制系统中， 用户所开发的应用软件便是应用程序中的特定部分。 应用软件定义了运动配置文件， 以及特定事件触发并影响配置文件的方式。 应用软件由好几个可选的层次构成。 通常来说都包含一个用户界面程序， 用以实现交互式操作。很多运动控制应用都包含应用层， 实现警报处理和数据库连接性 （连接到一个 SCADA 系统）。它们还通常包含由运动控制器执行的运动控制指令。运动控制器的制造商提供了应用软件的开发环境。

根据上述内容， 运动控制器创建运动配置文件。 根据这些配置文件， 控制器将信号（通常是 ±10 V ，或者步进信号与方向信号）通过放大器或者电动机驱动传到电动机。放大器的任务就是从控制器接收信号， 然后将它们变成可以驱动电动机转动的信号。

随着电动机运转，反馈设备 ——通常是位置传感器 ——会将位置信息反向传递至控制器， 构成闭环控制环。运动控制器通过位置传感器获取电动机的位置信息，从而推算出电动机的移动速度。有些应用中需要有多个反馈设备， 以保证该电动机所驱动的机械系统能够正确运行。虽然反馈设备提供了位置信息， 但有时还需要向控制器传递一些特殊的反馈信息， 譬如压力传感器或者震动传感器的数据。

  3.应用领域

工业控制主要分两个方向，一个是运动控制，通常用于机械领域；另一个就是过程控制，通常使用于化工领域。而运动控制指的是一种起源于早期的伺服系统，基于电动机的控制，以实现物体对角位移、转矩、转速等等物理量改变的控制。

电机控制（这里指伺服电机）主要关注的是控制单个电机的转距、速度、位置中的一个或多个参数达到给定值。而运动控制主要关注点在于协调多个电机，完成指定的运动（合成轨迹、合成速度），比较着重轨迹规划、速度规划、运动学转换；比如数控机床里面要协调XYZ轴电机，完成插补动作。

电机控制常常作为运动控制系统的一个环节，更着重于对电机的控制，一般包括位置控制、速度控制、转矩控制三个控制环，一般没有规划的能力（有部分驱动器有简单的位置和速度规划能力）。运动控制往往是针对产品而言的，包含机械、软件、电气等模块，例如机器人、无人机、运动平台等等，是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动的一种控制。

运动控制器主要分为三类，分别是PC－based、专用控制器、PLC。其中PC－based运动控制器在电子、EMS等行业被广泛应用；专用控制器的代表行业是风电、光伏、机器人、成型机械等等；PLC则在橡胶、汽车、冶金等行业备受青睐。驱动或放大器：用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更jingque的控制。

执行器：如液压泵、气缸、线性执行机或电机，用以输出运动。反馈传感器：如光电编码器、旋转变压器或霍尔效应设备等，用以反馈执行器的位置到位置控制器，以实现和位置控制环的闭合。众多机械部件用以将执行器的运动形式转换为期望的运动形式，它包括齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器以及线性和旋转轴承。