600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Что такое контроллер движения? Техническое резюме для инженеров-механиков движения

Преобразователи частоты

Обновлено в мае 2015 года. || Контроллеры движения — это мозг любой системы управления движением. В системах, основанных на обратной связи, они принимают входную команду от пользователя, сравнивают ее с сигналом обратной связи от двигателя и предпринимают корректирующие действия, чтобы привести выходные данные (или фактическое положение) и входные данные (или желаемое положение) в соответствие друг с другом, в идеале практически без ошибок.

Контроллер движения также создает траектории, которым следуют двигатели для выполнения требуемых команд. Также называемый профилями движения, профиль представляет собой последовательность команд определения местоположения в зависимости от времени. Это сообщает двигателю, где разместить нагрузку и как быстро он должен это сделать. Контроллер движения использует создаваемые им траектории для генерации соответствующих команд крутящего момента. Эти команды крутящего момента затем передаются на привод, который приводит в действие двигатель.

Из-за большого объема обработки сигналов, требуемого для этих действий, контроллеры движения обычно используют цифровые сигнальные процессоры (DSP) для решения этой задачи. DSP специально разработаны для быстрого и эффективного выполнения математических операций и могут обрабатывать алгоритмическую обработку лучше, чем стандартные микроконтроллеры, которые не предназначены для обработки больших объемов математической обработки.

Существует ряд распространенных профилей движения, включая трапециевидные, наклонные, треугольные и сложные полиномиальные профили. Каждый из них используется в определенных условиях и ситуациях, когда желателен именно такой тип движения. Например, трапециевидный профиль характеризуется постоянной скоростью и ускорением, а график зависимости скорости от времени имеет форму трапеции.

Контроллеры движения также используют некоторые из основных законов управления для реализации движения. Простейший из них называется пропорциональным управлением (P), которое представляет собой постоянное целочисленное усиление. К P-контроллерам можно добавить либо производное усиление (известное как D), либо интегральное усиление (или I). Комбинация этих трех, известная как PID, представляет собой один из наиболее распространенных и мощных типов алгоритмов управления.

Практически говоря, контроллеры движения бывают самых разных размеров и типов. В целом, контроллеры движения делятся на одну из трех категорий: автономные, на базе ПК и индивидуальные микроконтроллеры.

Автономные контроллеры — это целые системы, обычно монтируемые в одном физическом корпусе, который включает в себя всю необходимую электронику, источник питания и внешние подключения. Эти типы контроллеров могут быть встроены в машину и предназначены для одного приложения управления движением, которое может включать управление одной осью движения или несколькими осями.

Контроллеры на базе ПК монтируются на материнскую плату базового ПК или промышленного ПК. Эти типы контроллеров в основном представляют собой платы обработки, которые могут генерировать и выполнять профили движения. Преимущество контроллеров на базе ПК заключается в том, что они предоставляют готовый графический пользовательский интерфейс, который значительно упрощает программирование и настройку элементов управления.

Наконец, существуют индивидуальные микроконтроллеры. Это отдельные микросхемы, которые часто монтируются на печатной плате вместе с входами и выходами обратной связи для драйверов для управления двигателем. Хотя эти контроллеры относительно недороги и имеют преимущество в том, что предоставляют разработчикам доступ к их системам на уровне микросхем, недостатком является то, что для их настройки и внедрения могут потребоваться хорошие навыки программирования.

Сервоконтроллер — это сердце сервосистемы. Типичная сервосистема состоит из двигателя, устройства обратной связи и контроллера.

Схема управления обычно включает в себя контроллер движения, который генерирует профиль движения для двигателя, и привод двигателя, который подает питание на двигатель на основе команд от контроллера движения. Сервосистемы — это системы с замкнутым контуром, которые имеют некоторые преимущества перед системами с разомкнутым контуром, включая тот факт, что они улучшают время отклика в переходный период, уменьшают ошибки в установившемся режиме и снижают чувствительность системы к параметрам нагрузки.
Сервоконтроллеры выполняют два типа задач: отслеживание некоторых командных входных данных и улучшение подавления помех в системе. Одним из самых мощных методов управления является ПИД-контроль.

Метод ПИД-регулирования работает с сигналом ошибки, который представляет собой разницу между заданным значением и фактическим значением выходной переменной, и сводит ошибку к нулю. Пропорциональное значение можно рассматривать как простое значение усиления. Интегральное значение интегрирует ошибку за определенный период времени и помогает свести ошибку к нулю. Значение производной помогает стабилизировать систему, в которой используется только интегральный и пропорциональный член.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — это узкоспециализированные программируемые контроллеры на базе микропроцессоров, используемые для управления конкретным приложением на машине или технологическим процессом. Они используются в автоматизации и производстве для управления сборочными линиями и оборудованием на заводских площадях, а также многими другими типами механического, электрического и электронного оборудования на заводе.

Основные компоненты любой системы ПЛК включают процессор, модули ввода-вывода для обработки входов в контроллер и выходов на управляемые устройства, а также некоторый тип пользовательского интерфейса, который может быть таким же простым, как клавиатура, сенсорный интерфейс или канал программирования через ПК. Процессор ПЛК программируется через пользовательский интерфейс. Модули ввода-вывода используются для подачи входных сигналов в центральный процессор ПЛК и вывода управляющих сигналов на управляемые устройства, такие как двигатели, клапаны, датчики и приводы, среди прочего.

Одно заключительное замечание: Важным фактором для любого ПЛК является время сканирования. Это время, в течение которого ПЛК выполняет программу, принимая данные и обновляя выходные данные. Обычно это занимает несколько миллисекунд, но может быть намного больше в зависимости от длины программы и скорости процессора. Более длительное время сканирования позволяет выполнять процессы с большими требованиями к работе в режиме реального времени, чем в традиционных медленных приложениях, где скорость сканирования не столь критична.

PACs (программируемые контроллеры автоматизации) аналогичны ПЛК, но обозначают контроллер, который обеспечивает лучшее управление в режиме реального времени, необходимое в некоторых приложениях автоматизации. Кроме того, специальные ПЛК могут включать в себя специальные функции безопасности, которые контролируют входные данные машины, такие как фотоэлектрические датчики, световые завесы, датчики с магнитным приводом, кнопки аварийной остановки и защитные коврики.