程序運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)(SequenceMotionControlTechnology)
摘要
由于半導(dǎo)體與光電產(chǎn)業(yè)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)高速、多軸與高精確度的需求,生產(chǎn)機(jī)臺(tái)或檢測機(jī)臺(tái)中使用的運(yùn)動(dòng)控制硬件控制卡越來越向精確時(shí)程控制的目標(biāo)發(fā)展,本文將針對(duì)新應(yīng)用趨勢的『程序運(yùn)動(dòng)』技術(shù)及『絕對(duì)同步』運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)做概念性的介紹,并且與讀者分享在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用案例。
一、前言
在大多數(shù)制造業(yè)的生產(chǎn)流程中,運(yùn)動(dòng)控制占有非常重要的地位,很多的機(jī)器、設(shè)備,包含半導(dǎo)體或是光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備,或者是傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的車床、銑床、CNC整合加工機(jī)具等,都包含運(yùn)動(dòng)控制的模塊。
在PC采取開放式架構(gòu)以及價(jià)格優(yōu)勢下,一些專業(yè)領(lǐng)域的專家,開發(fā)了很多能在PC-based上應(yīng)用的控制卡,希望能為PC-based用戶提供解決性方案。而近年來,由于影像視覺的辨識(shí)技術(shù)逐漸成熟,運(yùn)動(dòng)視覺解決方案對(duì)搭配運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的需求也越來越明顯。這些技術(shù)的進(jìn)步促使整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用層面更為豐富。更多的設(shè)備開發(fā)商,可以選擇使用開放架構(gòu)的PC和操作系統(tǒng)作為控制用的平臺(tái),也因此更多的核心開發(fā)技術(shù)可以掌握在開發(fā)者手中,再加上價(jià)格優(yōu)于其它解決方案,因此具備了很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。
在運(yùn)動(dòng)控制方面,大致可以歸納出幾項(xiàng)運(yùn)動(dòng)所需要的控制軌跡：
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(Point-to-Point)：單軸的運(yùn)用,通過運(yùn)動(dòng)控制卡的指令集,控制單軸由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),所以又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。
補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)(Interpolation)：補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)通�？梢苑譃榫�性補(bǔ)間及圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)。線性通�？梢杂蓛奢S以上構(gòu)成,而圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)則由兩軸構(gòu)成,形成一個(gè)多維或二維的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)可以用于連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制,例如雕刻或是鞋模等等。補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)的解析決定了軌跡運(yùn)動(dòng)的控制精度。
螺線型運(yùn)動(dòng)：由二維的圓弧運(yùn)動(dòng)和垂直軸的線性運(yùn)動(dòng)組合而成,多用于工具機(jī)的應(yīng)用中。
多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)或是同時(shí)停止：控制兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)軸做PTP的同時(shí)運(yùn)動(dòng),或是同時(shí)停止。同步運(yùn)動(dòng)控制：通過運(yùn)動(dòng)控制卡的絕對(duì)同步性,可以使多軸的運(yùn)動(dòng)依照一定的時(shí)間順序準(zhǔn)確控制,也可以通過條件設(shè)定使得軸與軸之間可以依據(jù)相互關(guān)系而運(yùn)動(dòng)。通常這種方式的控制必須采用串行式的運(yùn)動(dòng)控制器才能達(dá)成,由于串行式控制器與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器有特定的通信協(xié)議,彼此之間可以依據(jù)運(yùn)作的時(shí)鐘,來實(shí)現(xiàn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。本文即是與讀者分享由同步運(yùn)動(dòng)所發(fā)展的程序運(yùn)動(dòng)控制的技術(shù)。
二、目前現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制解決方案
控制核心技術(shù)
ASIC-Based
ASIC為Application Specific Integrated Circuit,特殊用途集成電路或?qū)Ｓ眉呻娐�。許多運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)采用具有運(yùn)動(dòng)功能的ASIC,來達(dá)到低端或是高端的運(yùn)動(dòng)控制。通常ASIC已經(jīng)由芯片開發(fā)廠商經(jīng)過一連串測試與市場洗煉,所以穩(wěn)定度與功能的驗(yàn)證度高,整體的指令集執(zhí)行速度快,但是,缺乏可程序化能力,所以相較于DSP的運(yùn)動(dòng)控制卡,無擴(kuò)充能力,亦無法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)同步的運(yùn)動(dòng)控制。ASIC-based的運(yùn)動(dòng)控制一般適合用于步進(jìn)馬達(dá)、線性馬達(dá)及伺服馬達(dá)等的異步運(yùn)動(dòng)軌跡控制。
DSP-Based
近年來,由于伺服控制有實(shí)時(shí)性(Real Time)的需求,在精準(zhǔn)時(shí)間控制的要求下,一般都采用速度較快的DSP,也有采用RISC或是一般CPU來完成的。使用高速的DSP通常會(huì)搭配高速的內(nèi)存,而采用DSP的運(yùn)動(dòng)控制卡,由于具有可程序化的能力,所以一般使用者可以下載部分過程控制碼在DSP內(nèi)部執(zhí)行,這樣的優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)控制程序享有實(shí)時(shí)性(Real Time)的特點(diǎn)。
