通用运动控制器在国内的应用及发展

自20 世纪80 年代初期，通用运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时运动控制器在我国的应用规模和行业面很小，国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。1999 年，固高科技（深圳）有限公司开始从事专业开发、生产开放式运动控制器产品。
目前，国内的运动控制器生产厂商提供的产品大致可以分为三类：
⑴ 以单片机或微处理器作为核心的运动控制器，这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。
⑵ 以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器，这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。由于这类控制器不能提供连续插补功能，也没有前瞻功能（Look ahead），特别是对于大量的小线段连续运动的场合，如模具雕刻，不能使用这类控制器。另外，由于硬件资源的限制，这类控制器的圆弧插补算法通常都采用逐点比较法，这样一来圆弧插补的精度也不高。
⑶ 基于PC 总线的以DSP 和FPGA 作为核心处理器的开放式运动控制器。这类开放式运动控制器以DSP 芯片作为运动控制器的核心处理器，以PC 机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入PC 机，即“PC+运动控制器”的模式。这样将PC 机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。这类运动控制器充分利用了DSP 的高速数据处理功能和FPGA 的超强逻辑处理能力，便于设计出功能完善、性能优越的运动控制器。这类运动控制器通常都能提供板上的多轴协调运动控制与复杂的运动轨迹规划、实时的插补运算、误差补偿、伺服滤波算法，能够实现闭环控制。由于采用FPGA 技术来进行硬件设计，方便运动控制器供应商根据客户的特殊工艺要求和技术要求进行个性化的定制，形成独特的产品。
     以上第一类运动控制器由于其性能的限制，在市场上所占份额较少，主要应用于一些单轴简单运动的场合，往往还面临同PLC 厂商提供的定位控制模块的激烈竞争。

     第二类运动控制器因其结构简单、成本较低，占有一定的市场份额，但由于其专用芯片（ASIC）能提供运动控制的基本功能，用户可以利用该芯片设计专用的控制器而分薄了这类运动控制市场份额。

      第三类运动控制器是目前国类运动控制器产品的主流，目前国外开放式运动控制器产品已经开始大量进入中国；

       固高科技（深圳）有限公司相继开发出GO、GT、GH 和GU 系列基于DSP 的开放式运动控制器产品，有近150 个品种可供用户选择；应用也从传统的机床数控扩展到了如激光加工、服装、纺织、印染、电子加工等多个领域，市场规模也有较大的增长。
根据运动控制的特点和应用领域的不同，可以将运动控制分成以下几种形式：
⑴ 点位运动控制：这种运动控制的特点是仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关。相应的运动控制器要求具有快速的定位速度，在运动的加速段和减速段，采用不同的加减速控制策略。在加速运动时，为了使系统能够快速加速到设定速度，往往提高系统增益和加大加速度，在减速的末段采用S 曲线减速的控制策略。为了防止系统到位后震动，规划到位后，又会适当减小系统的增益。所以，点位运动控制器往往具有在线可变控制参数和可变加减速曲线的能力。
⑵ 连续轨迹运动控制：又称为轮廓控制，主要应用在传统的数控系统、切割系统的运动轮廓控制。相应的运动控制器要解决的问题是如何使系统在高速运动的情况下，既要保证系统加工的轮廓精度，还要保证刀具沿轮廓运动时的切向速度的恒定。对小线段加工时，有多段程序预处理功能。
⑶ 同步运动控制：是指多个轴之间的运动协调控制，可以是多个轴在运动全程中进行同步，也可以是在运动过程中的局部有速度同步，主要应用在需要有电子齿轮箱和电子凸轮功能的系统控制中。工业上有印染、印刷、造纸、轧钢、同步剪切等行业。相应的运动控制器的控制算法常采用自适应前馈控制，通过自动调节控制量的幅值和相位，来保证在输入端加一个与干扰幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制周期干扰，保证系统的同步控制。
  

     固高科技公司从开发应用的角度把其产品相应地分成三类，他们是点位运动控制器，连续轨迹运动控制器和同步运动控制器。从目前国内市场的应用情况反馈来看，按照不同的运动特点和行业应用进行产品开发和市场推广，具有一定的优势。
固高科技公司的通用运动控制器产品采用以DSP 为核心，结合FPGA 现场逻辑可编程器件的灵活性完成运动控制的硬件架构。运动控制过程中，由DSP 实现运动规划，多轴插补、伺服控制滤波等数据运算和实时控制管理。FPGA 逻辑可编程器件和其他相关器件组成伺服控制和位置反馈硬件接口。为了满足市场需求，使运动控制器具有真正面向对象的开放式控制结构和系统重构能力，固高科技公司的GT 系列产品考虑了用户可以将自己设计的控制算法加载到运动控制器的内存中，而无需改变控制系统的结构设计就可以重新构造一个特殊用途的运动控制器。