运动控制系统由什么组成

运动控制系统是一种用于控制机械运动的系统，它能够根据预定的轨迹和速度对机械进行精确控制。运动控制系统广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天等领域。本文将详细介绍运动控制系统的组成、工作原理以及应用。

执行机构是运动控制系统中直接驱动机械运动的部分，通常包括电机、液压缸、气缸等。执行机构的选择取决于所需的力矩、速度、精度等因素。

电机是运动控制系统中最常用的执行机构，包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。电机通过电磁场的作用产生力矩，驱动机械运动。

液压缸是利用液压油的压力来驱动机械运动的执行机构。液压缸具有输出力大、响应速度快、结构简单等优点，但需要液压系统的支持。

气缸是利用压缩空气的压力来驱动机械运动的执行机构。气缸具有结构简单、成本低廉、维护方便等优点，但输出力较小，适用于轻载应用。

控制器是运动控制系统的核心部分，负责接收输入信号、处理数据、输出控制信号等。控制器通常包括PLC、CNC、单片机、PC等。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门为工业控制设计的计算机系统。PLC具有编程灵活、抗干扰能力强、可靠性高等优点，广泛应用于运动控制系统。

CNC（计算机数控系统）是一种用于数控机床的控制系统。CNC具有高精度、高速度、高可靠性等特点，适用于高精度加工领域。

单片机是一种集成了微处理器、存储器、输入/输出接口等的微型计算机。单片机具有体积小、成本低、功耗低等优点，适用于简单的运动控制应用。

PC（个人计算机）是一种通用计算机，可以运行各种运动控制软件。PC具有强大的计算能力、丰富的软件资源、灵活的扩展性等优点，适用于复杂的运动控制应用。

传感器是运动控制系统中用于检测机械运动状态的设备，包括位置传感器、速度传感器、力矩传感器等。

位置传感器用于检测机械的位置信息，包括光电编码器、磁电编码器、霍尔传感器等。位置传感器可以提供高精度的位置反馈，用于实现精确控制。

速度传感器用于检测机械的速度信息，包括光电速度传感器、磁电速度传感器等。速度传感器可以提供实时的速度反馈，用于实现速度控制。

力矩传感器用于检测机械的力矩信息，包括应变片式力矩传感器、磁电式力矩传感器等。力矩传感器可以提供力矩反馈，用于实现力矩控制。

驱动器是运动控制系统中用于驱动执行机构的设备，包括电机驱动器、液压驱动器、气动驱动器等。

电机驱动器是用于驱动电机的设备，包括直流驱动器、交流驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等。电机驱动器可以提供精确的电流控制，实现对电机的精确控制。

液压驱动器是用于驱动液压缸的设备，包括液压泵、液压阀等。液压驱动器可以提供高压、大流量的液压油，实现对液压缸的精确控制。

气动驱动器是用于驱动气缸的设备，包括气源、气阀等。气动驱动器可以提供稳定的气压，实现对气缸的控制。

运动控制系统的输入信号可以是模拟信号或数字信号，包括位置信号、速度信号、力矩信号等。控制器接收输入信号后，进行信号处理，如滤波、放大、转换等。

控制器根据输入信号和控制需求，采用相应的控制算法进行计算。常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。

控制器根据控制算法的计算结果，生成输出信号。输出信号可以是模拟信号或数字信号，用于驱动执行机构。

执行机构接收控制器的输出信号后，进行相应的运动。例如，电机根据电流信号转动，液压缸根据液压油压力伸缩，气缸根据气压伸缩。

传感器检测执行机构的运动状态，并将检测到的信息转换为反馈信号。反馈信号包括位置信号、速度信号、力矩信号等。

控制器根据反馈信号和输入信号，进行闭环控制。闭环控制可以提高系统的稳定性、精度和响应速度。

（自动）运动控制系统学习笔记

书名 《自动控制系统 》第二版 北京邮电大学出版社 《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》第五版 机械工业出版社 从打开书到合上书打开摩尔庄园，用时三分钟。——2021.6.1 预习进度： 50%→50.1% ——2021.6.16 大四毕业典礼

1、 1）具有比例放大器的反馈控制系统其被调量总是有静差的； 2）抵抗扰动与服从给定； 3）系统的精度依赖于给定电源和反馈检测的精度。 2、(1) 三个阶段：第 1 阶段为电流上升阶段，第 2 阶段为恒流升速阶段，第 3 阶段为转速调节阶段。(2)三个特点：饱和非线性控制，准时间最优控制，转速超调。 (3)动态性能：动态跟随性能；动态抗扰性能。 《电力拖动自动控制系统》p58 3、三相电机的电流，通过3/2变换，可等效成两相静止坐标系下的交流电流；再通过按转子磁场定向的旋转变换，可等效成同步旋转坐标系下的直流电流。相当于励磁电流，相当于与转矩成正比的电枢电流，从而构成直流电机。

具有自动控制和调节工作机械的速度或位移的电力拖动系统称为“电力拖动自动控制系统”，或者“运动自动控制系统”。

其基本任务是通过控制和调节电动机的旋转速度或转角来实现工作机械对速度或位移的要求。

不同：检测的交流直流电流

（外界因素、电流强度）

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若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。

△ 依据转差功率将异步电动机调速系统分为：（效率低，结构简单）：全部转化为热能消耗掉。电磁转差离合调速、定子调压调速（：少部分消耗，大部分回馈给电网或转为机械能予以利用。变转差率调速（绕线式异步电动机串级调速）（效率最高）：变极调速，变频调速（4 个）

电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制

△ 异步电动机变压变频调速时希望保持气隙磁通恒定

异步电动机基频以下变压变频调速采用电压频率协调控制，其常用配合方式： 恒Er/w 控制（控制性能最好）

异步电动机的动态模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成

异步电动机原始数学模型具有高阶、非线性、强耦合的特点。

按转子磁场定向的两相同步旋转（M/T）坐标系

PWM 变频器的矢量控制系统实现方案

采用电压型 PWM 变频器的矢量控制系统实现方案

运动控制系统是什么？什么是运动控制系统？

其实运动控制系统是一个比较大的系统，就像前面的系统一样，通常会由众多的组成部分构成。运动控制系统会综合分析与处理、自动控制、通信等的内容。

抽象来讲，运动的要素可概况为以下几点：对象、参考系、状态描述、状态改变、动力。因此，物体的运动，简单来讲就是对象物体在力的作用下，在特定的参考系下的状态发生了改变。

在运动系统的设计阶段，首先需要的就是对这里提到的这些运动要素以及相互间的联系进行明确，即“建模”的过程。“建模”是运动控制的基础。

对象就是我们进行运动控制的实体。对于运动控制而言，对象通常是明确的。

不同的对象会表现出不同的特性，因此在受到力后会表现处不同的响应，会出现不同的运动情况。通常我们需要对对象进行充分的了解才可以进行控制，而对对象进行了解的过程称为“建模”，即对对象受到力时表现出状态改变的特性进行认知。

在实际的应用中，对象在运动控制系统的不同设计阶段有不同的简化描述，这一点是要注意的。有时会把对象当成一个质点来看待，有时会把对象当成一个有形状的刚体来看待，有时会根据对象的真实形状进行描述。这一点会在下面的探讨中进行总结。

其实动是相对的，因此对物体“动”的描述的前提是确定物体对照的参考系中。在确定好参考系后其实就可以对物体进行状态描述了。“动”就是指在该参考系下，对象的状态发生了改变。因此我们可以看出，“动”的描述一定依赖于参考系与状态描述。

参考系是运动的基础，没有明确参考系是无法对对象进行明确的运动控制的。

“动”的描述通常都不是唯一的，相同的对象，在不同的参照系下会有不同的描述。而且在实际应用中，对象的参考系并不是只有一个，会存在很多不同的参考系，使对象在不同的情况下进行合理描述。比如在运动控制中就会经常使用机体坐标系、导航坐标系、气流坐标系等。

参考系在数学中的描述是坐标系，常见的坐标系有：直角坐标系、球坐标系等。不同的坐标系适用于对不同运动情况的描述，其中直角坐标系最符合于人对空间的认知，因此应用比较广。

在确定了参考系后就可以对对象在该参考系中的状态进行确定，对象的状态在参考系中是唯一确定的，否者无法进行明确的描述。

在不同的坐标系下我们可能有不同的状态描述，但这些状态描述间的转换关系一定是固定的、明确的，即对象在不同的坐标系下的状态描述可以进行相互的转换。而且在通常的运动控制系统中，由于会进行不同目的的运动控制，因此方便起见会应用不同的坐标系进行运动状态的描述，然后通过坐标系的转换来实现相互的关联。