Недавно наш постоянный участник Стив Мейер рассказал нам об истории управления движением и о том, как появились элементы управления на базе ПК. Вот что он сказал.

Традиционные контроллеры движения являются результатом десятилетий медленного развития электронного оборудования и пользовательских программных библиотек, предназначенных для выполнения задач управления движением. Системы управления на базе ПК появились относительно недавно, и их производительность в большей степени соответствует современным вычислительным технологиям. По иронии судьбы, хотя инструменты кардинально изменились, фундаментальная задача осталась прежней.

Определение электроники, необходимой для управления движением, сводится к этому вопросу:

Насколько быстро это достаточно быстро?— в этом случае управлять механической (аналоговой) нагрузкой с помощью цифрового управления?

Управлять шаговым двигателем с частотой 500 шагов на оборот, приводящим в движение ходовой винт в соотношении 5:1, не так просто, как кажется.

Один шаг равен .001 дюйм.линейного перемещения, а один дюйм хода равен 2500 шагам. Переход от стоячего старта к остановке в течение одной секунды означает, что частота выходных импульсов для привода шагового двигателя может достигать максимума на частоте 5 кГц или выше, в зависимости от траектории. Оценивая заданное положение в сравнении с фактическим на каждом шаге и выполняя алгоритмы управления для настройки на лету и управления следующая ошибкапри ±0,001 дюйма требуется частота процессора 100 кГц или выше.

Общая проблема управления задачей перемещения по одной оси становится намного более сложной, когда рассматривается несколько осей. Чтобы система движения могла играть в крестики-нолики, можно создать механизм с двумя линейными приводами, которые не требуют фактической координации между ними. В таких приложениях, как автоматическое хранение и извлечение данных, оси обычно работают последовательно, вообще без какой-либо координации.

Чтобы одни и те же две линейные оси нарисовали окружность, положение двух осей должно обновляться каждый такт процессора или каждый раз, когда устройство обратной связи или регистр положения изменяют значениев зависимости от того, что быстрее. По мере увеличения скорости производительность системы управления должна быть на порядки выше, чтобы скорректировать смещение осей, или ошибка округлости.

По сей день стандартным тестом на работоспособность контроллера является рисование круга на скорости.

Системы управления 50 лет назад были ограничены в достаточно быстром решении математических задач. Требовались сложные архитектуры цифровых сигнальных процессоров и специализированных микроконтроллеров. Выделенный ввод-вывод для конечных переключателей и сигналов энкодера был напрямую подключен к магистрали. Были созданы среды пользовательского кода, уникальные для каждого поставщика систем управления. Пользователи создавали программы, которые компилировались непосредственно на процессоре — без каких-либо операционных систем между пользовательским кодом и реальным миром.

Со временем операционная система реального времени,RTOSsпоявился как альтернатива выделенной процессорной архитектуре. Было создано множество настраиваемых RTOSS, выпущенных на рынок

и отошли на второй план по мере того, как стали доступны более мощные решения, такие как Linux.

Linux стала самой популярной ОСРВ благодаря своему условно-бесплатному подходу и широкой поддержке рабочих групп. Существуют сложные приложения с ЧПУ и роботами, которые недороги, надежны и работают на очень недорогом оборудовании.

Контроллеры на базе ПК выиграли от повышения производительности процессоров потребительских и мобильных вычислений. Современные ПК обладают практически неограниченной вычислительной мощностью и могут выполнять самые сложные требования к движению с помощью стандартных операционных систем, управляющих аппаратными ресурсами.

По сравнению с подходами к выделенным процессорам прошлого, motion на базе ПК является экономичным вариантом традиционных контроллеров.