運動控制和電機控制的區(qū)別分析

隨著越來越多的技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化，我們已經(jīng)進入了工業(yè)4.0時代。新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，賦能人工智能和機器學習、數(shù)據(jù)分析、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和功能安全。然而，大多數(shù)工業(yè)自動化作為其他所有技術(shù)的核心，仍然依靠機器人和運動控制。

運動控制與電機控制經(jīng)常同時出現(xiàn)，有點讓人混淆。這兩個概念有什么區(qū)別？在工業(yè)自動化中，我們?nèi)绾螌⑶‘數(shù)慕鉀Q方案應(yīng)用于其中一個概念，或同時應(yīng)用于這兩個概念？歡迎繼續(xù)閱讀，了解運動控制和電機控制的區(qū)別以及如何使它們協(xié)同工作。

什么是運動控制？

運動控制是工業(yè)自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)。它同步化控制多個電機來完成一系列運動。例如，多軸機械臂需要多個電機無縫地協(xié)同運行才能做出特定的動作。運動控制主要用于軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃、插補算法和運動學轉(zhuǎn)換。運動控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)在印刷、包裝和裝配應(yīng)用中。

如下所示，運動控制系統(tǒng)通常由以下主要組件組成：

運動控制器，可生成軌跡規(guī)劃，然后向電機驅(qū)動器提供控制命令。

電機驅(qū)動器，將運動控制器的控制命令(通常是速度或扭矩信號)轉(zhuǎn)換為更高功率電壓或電流信號來驅(qū)動電機

數(shù)個電機，可根據(jù)控制命令執(zhí)行運動

位置傳感器，將電機轉(zhuǎn)子的位置/速度數(shù)據(jù)提供給位置/速度控制器，實現(xiàn)精確的位置/速度控制

電機控制與運動控制

另一方面，電機控制是更側(cè)重于控制電機旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)或技術(shù)。典型的電機控制系統(tǒng)調(diào)整單個電機的扭矩、速度和位置的一個或多個參數(shù)，以達到目標值。電機的類型不同，驅(qū)動電機的要求和技術(shù)可能會有很大差異。電機控制器通常沒有規(guī)劃能力(高級驅(qū)動器只有簡單的位置和速度規(guī)劃能力)。因此，解釋電機控制和運動控制區(qū)別的簡單方法是：

電機控制是運動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)（通常是電流環(huán)，在扭矩控制模式下工作）

但是，有時我們可能會混淆它們，因為電機控制的位置環(huán)/速度環(huán)/扭矩環(huán)既可以在電機控制器中使用，也可以在運動控制器中使用

現(xiàn)在我們知道了這兩個系統(tǒng)之間的差異，顯而易見，它們的設(shè)計要求及資源也大不相同。

電機控制更側(cè)重于使電機正常旋轉(zhuǎn)，或者更確切地說，是換向。為了做到這一點，電機控制器需要與各種傳感器對接，處理模擬和數(shù)字信號，并生成波形來驅(qū)動電機。所有這些都發(fā)生在非常短的時間環(huán)路內(nèi)，范圍從50微秒到300微秒。

然而，運動控制通常充當系統(tǒng)監(jiān)控器，需要在多個電機控制器之間、通過以太網(wǎng)(EtherCAT和TSN.)、CAN、RS485的數(shù)據(jù)等其他來源之間，以及人機界面(HMI)面板的命令之間進行通信。如上所述，運動控制器還可以參與一些電機控制任務(wù)，例如控制速度環(huán)、位置環(huán)，甚至扭矩環(huán)。因此，運動控制器的實時控制環(huán)路可以從100微秒到數(shù)百毫秒不等，具體取決于運動控制器參與的實際任務(wù)。

運動控制系統(tǒng)的設(shè)計

運動控制系統(tǒng)的設(shè)計可能相當復雜，涵蓋了電機控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、人機界面、編解碼器、信息安全和功能安全等許多方面。因此，它需要多個控制單元在系統(tǒng)中相互協(xié)調(diào)。

這里就需要全套器件方便運動控制設(shè)計人員選擇

在電機控制器方面，從使用ARMCortex-M0+內(nèi)核控制簡單電機，到使用Cortex-M33內(nèi)核或高效DSC內(nèi)核在雙電機上運行FOC算法。

如圖所示，運動控制系統(tǒng)可以使用大量的MCU和MPU來實現(xiàn)多個電機驅(qū)動器，促進各個機械臂協(xié)同運動。

編輯：黃飛

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