运动系统的基本概念：运动控制、伺服系统

运动系统的基本概念：运动控制、伺服系统

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针对高动态定位任务的驱动系统

倍福数十年来积累的扎实专业知识和对电气驱动技术的热情为打造创新解决方案奠定了坚实的基础，让客户拥有能够超越竞争对手的技术优势。倍福为用户在其应用中的提供支持，帮助用户选择合适的驱动组件（包括配套附件），并在调试阶段提供专业技术支持。此外，倍福将始终是您值得信赖的、有实力的合作伙伴，即使您的设备已使用多年，我们都会一如既往地为您提供优质的服务。

倍福的所有性能等级的驱动产品系列都是在德国开发和生产的。除了威尔生产基地之外，自 2010 年起，倍福的驱动器机械部件主要在马克特海登费尔德生产。先进的制造技术和大量测试（包括全面的可追溯性）为所有驱动产品都具有很高的质量标准提供了保障。倍福不断扩大其生产规模，加上与供应商的可靠合作，确保驱动产品满足客户对高灵活性和短响应时间的需求。

倍福产品设计目标之一是确保产品长期稳定的使用。在产品开发之初，倍福会先检查所有元器件的生命周期状态，然后再投入使用。随后倍福会对第二供应商的元器件市场进行持续监测，确保产品在标准设备上能长期使用。

倍福始终与客户保持沟通，以客户需求为导向，不断丰富和完善其驱动产品系列，并为创新设备开发合适的产品。

除了用于纯功能性自动化的辅助产品之外，倍福还为 安全技术提供全面的解决方案。TwinSAFE 可以助力驱动技术在所有领域实现安全驱动功能。从简单的 TwinSAFE STO 功能到诸如速度和位置监测等复杂的安全驱动功能（TwinSAFE Safe Motion），都可以通过将 TwinSAFE 逻辑直接集成到驱动器中的方式，灵活、精确地满足应用需求。

需求的不断变化、日益增长的个性化趋势以及其它无数因素都给自动化行业提出了重新思考生产流程的挑战。机械复杂度最高且缺乏灵活性的生产节拍系统正被高灵活性的智能设备所取代。然而，智能化并不是从分析云端的生产数据开始的。而是始于更早之前，当产品借助智能装卸系统在机器中通过时，它就可以开始了。

智能输送系统的一个主要特点是用基于软件的解决方案取代复杂的机械机构。前提是要有一个能够自由运动的硬件平台。这些自由运动可以通过软件巧妙地结合起来。智能输送系统也为用户提供了选择传统的需要使用额外硬件的搬运方案。因此，复杂的六轴机器人可以用一个简单的送料机来代替，搬运系统承担了机器人在加工站的定位任务。此外，基于软件的方法允许通过更新的方式将新功能添加到系统中，完全无需重新设计。

在传统的输送系统中，各个加工工位的访问顺序以及它们之间的路线都是严格规定的。生产周期和产品间距只设置一次，并仅针对特定产品进行优化。智能输送系统就突破了这些限制，它可以根据不同的需求，通过不同的路径，以高度动态或节能方式，以及可选的顺序驱动各个加工工位。这种全新的自由度让用户一方面可以根据需求装载其设备，另一方面可以用一台设备同时生产不同产品，大幅缩短更换时间。

智能输送系统不仅可以取代机械机构，而且可以通过其特定的应用布局降低空间要求。具有多种可组合使用的不同标准组件的模块化系统使得设计个性化解决方案成为可能，让客户无需花费高昂的成本即可量身定制自己的输送系统。

作为全球领先的自动化技术专家之一，倍福可为客户提供两款标杆性智能输送系统。 磁悬浮输送系统在轨道移动中具有高自由度和高动态。 平面磁悬浮输送系统可以实现非接触式产品输送，最多可做六个自由度的运动。

系统是一款模块化的工业机器人系统，可以根据不同的应用需求灵活组合，组装成造型最为匹配的机器人。集成驱动功能的标准电机模块，加上各种形状设计和长度的连接模块，可以实现近乎无限的机械组合。控制设备完全集成在整个 TwinCAT 控制平台中，因此可以直接使用各种成熟的自动化功能。

整体系统方案的好处有以下两个方面：首先，可以一站式提供各种匹配的软件和硬件组件。其次，机器人技术、机器视觉、功能安全、云连接和机器学习等所有功能都全部集成在同一个控制平台上。

所有模块的末端执行器处都集成了一个数据、电力和流体（真空、空气和水）的介质传输接口， 可以轻松集成如机械抓手、气动抓手以及电动抓手等工具。另一个主要优点是，所有介质传输接口的设计方式都可确保轴及工具双向无限制旋转。

用机器人技术扩展倍福控制平台意味着设备造商和客户可以一站式获取完整的自动化解决方案。更重要的是，集成到倍福系统架构中意味着用户现在只需要一台控制器就可以实现所有机器人应用。ATRO 还可以与 XPlanar 和 XTS 直接结合使用，并且能够与所有倍福组件和机器人系统的简单集成，为实现全新的设备方案奠定了基础。开放式控制架构为用户的投资安全提供了有力保障，而 EtherCAT 技术也为帮助客户创建真正的竞争优势打开了一扇门。

运动控制系统有哪些部分构成

运动控制实现了对机械传动部件的位置、速度、加速度等的实时控制，使其按照预期的轨迹与规定的运动参数完成相应的动作。

控制系统以处理器、检测机构、执行机构为核心，实现逻辑控制、位置控制、轨迹加工控制、机器人运动控制等。其中处理器通常是可编程控制器、单片机、或运动控制器，相当于系统的大脑，主要负责对接受到的信号进行逻辑处理，并给执行机构下发命令，协调系统的正常运转。检测机构通常由各种传感器构成，相当于系统的眼睛，目的是检测系统条件的变化并反馈给控制器，执行机构通常由伺服单元、阀门构成，相当于系统的双手，主要执行控制器下发的命令。

正运动的控制产品主要分为脉冲型运动控制器、总线型运动控制器、嵌入式运动控制卡等，部分运动控制器额外集成了PLC功能。

控制结构模式一般是：运动控制器+驱动器+执行机构（步进或伺服电机）+反馈装置（例如：编码器）。接线参考如下图，在此基础上还可以接入触摸屏和机器视觉。

运动控制器是运动控制系统的核心部件，负责产生运动路径的控制指令，用于设备的逻辑控制，将运动参数分配给需要运动的轴，并对被控对象的外部环境变化及时做出响应。

通用运动控制器通常都提供一系列运动规划方法，基于对冲击、加速度和速度等这些可影响动态轨迹精度的量值加以限制，提供对运动控制过程的运动参数的设置和运动相关的指令，使其按预先规定的运动参数和规定的轨迹完成相应的动作。

运动控制器通过一定的通信手段将控制信号或命令发送给驱动器，驱动器为执行机构（通常为电机）提供转动能源动力，运动控制器接收并且分析反馈信号，得到跟随误差后，根据控制器的算法，产生减小误差的控制信号，从而提高了运动控制的精度。典型的控制器有下几类:PLC可编程逻辑控制器、专用的运动控制器。

运动控制器提供运动缓冲区来存储运动指令，方便运动轨迹的规划，详情参见“

通常速度规划曲线包括梯形速度曲线、S型速度曲线，S型速度曲线通过限制加速度和加加速度来实现冲击的限制，故可以使运动更加平滑，不加限制时的速度曲线即为梯形速度曲线。对于高加速度、小行程运动的快速定位系统，其定位时间和超调量都有严格的要求，往往需要高阶导数连续的运动规划方法。

驱动器是运动控制系统的转换装置，用于将来自运动控制器的控制信号转换为执行机构的运动，典型的驱动器如变频器、步进驱动器、伺服驱动器。

控制器产生的命令信号是微小信号，通过驱动器放大这些信号以满足电机的工作需求，故伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”或“伺服放大器”，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。

伺服驱动器一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度传动系统的控制。尤其是应用于交流永磁同步电机控制的伺服驱动器已经成为国内广泛采用的产品。伺服驱动器的调速范围宽、精度高、可靠性高，还提供多种参数供用户调节。

步进驱动器是将接收到的运动指令转换为步进电机的角位移（对应步距角）的执行机构。通常情况下接收对应位移的脉冲信号时，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，按设定的方向转动一个步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。外部控制器可以通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量，从而达到调速和定位的目的。步进系统被广泛应用于雕刻机、电脑绣花机、数控机床、包装机械、点胶机、切料送料系统、测量仪器等设备上。

执行机构是运动控制系统中的控制对象，用于将驱动信号转换为位移、旋转等，执行机构通过一些机械机构连接，实现控制对象的运动。常见的执行机构如各种类型的电机、液压、启动设备。

常见的传动机构有：滚珠丝杆、齿轮传动、齿条传动、带传动、丝杆传动，链传动、液压传动、气压传动等。本节主要介绍部分常见旋转类的电机执行器。

电机主要分为步进电机和伺服电机，二者的控制方式不同，步进电机通过控制脉冲的个数控制转动角度的，一个脉冲对应一个步距角。伺服电机通过控制定子电角度的旋转，带动转子的旋转，并经过编码器的反馈构成闭环，从定位到目标角度。伺服电机运行平稳，还具有较强的过载能力，各方面性能优于步进电机。

反馈装置是运动控制系统中进行检测并处理反馈的装置，主要反馈的是负载的位置和速度，例如编码器、光栅尺等，编码器是一种非常常见的反馈装置。伺服电机一般自带编码器，如图1.2-4左侧模块，编码器用于反馈电机的实际运行情况，例如电机的当前位置和速度。

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正运动技术专注于运动控制技术研究和通用运动控制软硬件产品的研发，是国家级高新技术企业。正运动技术汇集了来自华为、中兴等公司的优秀人才，在坚持自主创新的同时，积极联合各大高校协同运动控制基础技术的研究，是国内工控领域发展最快的企业之一，也是国内少有、完整掌握运动控制核心技术和实时工控软件平台技术的企业。主要业务有：运动控制卡_运动控制器_EtherCAT运动控制卡_EtherCAT控制器_运动控制系统_视觉控制器__运动控制PLC_运动控制_机器人控制器_视觉定位等等。