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1  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，包括半導(dǎo)體、光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備，或者是傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的車(chē)床、銑床、CNC（數(shù)控加工中心）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(kāi)放式架構(gòu)以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)下，一些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)家，開(kāi)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(hù)提供解決性方案。而近年來(lái)，由于影像視覺(jué)的辨識(shí)技術(shù)逐漸成熟，運(yùn)動(dòng)視覺(jué)解決方案對(duì)搭配運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的需求也越來(lái)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(kāi)發(fā)商，可以選擇使用開(kāi)放架構(gòu)的PC和操作系統(tǒng)作為控制用的平臺(tái)，因此更多的核心開(kāi)發(fā)技術(shù)可以掌握在開(kāi)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
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：
    (1)  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（Point-to-Point）：
    單軸的運(yùn)用，通過(guò)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(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；
    (2) 補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)（Interpolation）：
    補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)通常可以分為線性補(bǔ)間及圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)。線性通常可以由兩軸以上構(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；
    (3) 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；
    (4) 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；
    (5) 同步運(yùn)動(dòng)控制：
    通過(guò)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。

    如圖5中所示，若不利用程序運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，那么運(yùn)動(dòng)指令在操作系統(tǒng)中傳遞所造成的時(shí)間差，將使其無(wú)法進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)控制。因此，程序運(yùn)動(dòng)控制的精神在于將用戶(hù)需要做到同步運(yùn)動(dòng)的控制軸編成程序代碼后，下載至DSP中做運(yùn)算，DSP會(huì)依據(jù)串行式運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)更新周期時(shí)間，完成過(guò)程控制。其觀念可以參考圖6。

4  程序運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)

    對(duì)需要實(shí)時(shí)性控制的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用者，過(guò)程控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：
    (1)  一般的無(wú)同步機(jī)制的控制卡，各軸之間的控制為獨(dú)立關(guān)系，如果要進(jìn)行主軸(Master Axis)與從軸(Slave Axis)的應(yīng)用，那些解決方案是無(wú)法達(dá)到這種精確控制需求的。唯有利用串行式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，彼此間依照通信協(xié)議的固定時(shí)鐘，才能依照基本時(shí)鐘進(jìn)行同步控制。
    (2)  除串行式控制技術(shù)外，DSP的加入可以讓用戶(hù)有更多的彈性加入到過(guò)程控制的流程，可程序化的優(yōu)點(diǎn)讓用戶(hù)不需要通過(guò)操作系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性而造成指令延遲。可以充分利用串行式控制的實(shí)時(shí)性，而達(dá)到多軸同步控制的應(yīng)用。
    (3)  在過(guò)程控制中，用戶(hù)可以自由選擇各軸間的同步關(guān)系，例如決定了主軸運(yùn)動(dòng)之后，從軸可以依據(jù)主軸的位置、運(yùn)動(dòng)速度或是外部的數(shù)字信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)，亦可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)位置補(bǔ)償?shù)墓δ埽沟弥鲝妮S可以在時(shí)間上完美搭配。
    (4)  過(guò)程控制的控制權(quán)在DSP上，所以可以大幅減少CPU的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，減少通過(guò)操作系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)指令所造成的時(shí)間延遲，增進(jìn)往復(fù)性的控制效能。

5  結(jié)語(yǔ)

    運(yùn)動(dòng)控制的技術(shù)日新月異，不論是ASIC或是DSP為核心的運(yùn)動(dòng)控制卡，均有其優(yōu)缺點(diǎn)。在高端應(yīng)用上，對(duì)于控制的實(shí)時(shí)性要求會(huì)是一個(gè)新趨勢(shì)，串行式的通信技術(shù)加上DSP的運(yùn)動(dòng)控制，程序運(yùn)動(dòng)控制的技術(shù)將可以讓用戶(hù)在精密機(jī)械的控制中，提升控制精度與效能，縮短往復(fù)性運(yùn)動(dòng)的周期時(shí)間，進(jìn)而增加機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)能。