运动控制与国际象棋类似，学习规则需要几分钟(允许创建非常基本的索引系统)，但掌握高级运动控制的能力需要几年时间。本文将回顾目前市场上不同类型的运动控制器，以及每种选择的利弊。
JeraméChamberlain•制造工程师经理|日本脉冲美国公司。
任何运动控制器的主要工作是控制机械电子组件的运动，包括任何电机和其他机械部件，如驱动器。无论是简单的点对点定位应用还是多轴插补运动，选择正确的运动控制器都可以对最终产品产生持久的影响。如果控制器的计算能力或能力不足，无法满足机器的运动控制需求，则会降低机器的性能和能力。另一方面，过于强大或健壮的控制器会增加不必要的系统成本。
选择一个运动控制器可能有它的挑战，因为它们的复杂性和能力范围从非常简单的索引系统到成熟的运动控制系统。
索引系统提供简单的控制
分度系统是一类控制器，用于简单的位置或速度控制，几乎没有其他特征。索引系统大多数没有(或非常有限)加速度控制，这限制了设置速度的数量和可以使用的加速度类型。索引器的主要特点是非常便宜，因为它们通常由一个微处理器和有限数量的代码组成。由于开源软件的可用性，这些简单的系统在业余爱好和制造商市场中变得非常流行，这使得为项目编制索引变得容易。
然而，使用索引系统的一个缺点是，虽然通过在微处理器上切换输出来生成速度和方向命令很简单，但更复杂的运动轮廓需要更多的时间和经验来掌握。这是因为索引系统并不是真正打算用作完整的运动控制器。
分度系统通常用于集成控制器和驱动器的电机，有时称为智能电机。分度器在单轴电机驱动器和一些集成电路(IC)驱动器中也很常见。
运动控制系统提供多种功能
控制器频谱的另一端是成熟的运动控制系统。这些控制器可以高速运行电机，并允许多种方式调整速度。它们采用输入和输出来监控基本安全因素，如紧急停止、禁止、行程结束限制、归位和各种其他功能。输入和输出还允许简单的机器控制逻辑和高级功能，如多轴控制、运动协调、预缓冲运动、速度变化、位置偏移和其他高级功能主机。
成熟的运动控制器可以分为两大类:从零开始设计的或COTS单元。
从零开始设计了运动控制单元
从头开始设计的运动控制器是原始设备制造商（OEM）最流行的选择，他们通常大量制造控制器。这些控件由分立元件和定制印刷电路板（PCB）构建。通过构建自己的系统，OEM可以仅使用设备使用的特定功能定制控制器，从而降低组件数量（最终降低成本），仅使用特定应用所需的功能。
使用的主要组件或IC有两个基本类别：
- 专用ic (asic)设备被设计用于控制电机，处理涉及型材生成、多轴协调和许多先进功能的密集计算，以及处理其运行中的安全装置。
- 通用的可编程设备(包括cpu、微处理器和fpga)不仅用于控制电机，还可以为此进行编程。这些设备也可用于执行与人机界面设备的操作和最终设备的其他功能相关的其他任务。
这两种选择的组件成本非常相似。然而，ASIC设备被认为是一个更安全的设计选择，因为电机控制的设计和算法是经过时间考验的。由于ASIC设备使用的算法完全编码到半导体设备本身，而不使用单独的程序，算法可以运行得比通用编程设备快得多。此外，黑客也没有办法在以后调整算法，因为它是一个无法通过编程改变的硬连线设备。
另一方面，通用的可编程设备更加灵活，因为它们可以被编程来做更多的事情，而不仅仅是生成概要文件。一些通用设备甚至提供“代码块”作为基本的运动索引器，提供有限的运动控制能力。开发人员必须对这些代码块进行调整，以添加每个应用程序所需的高级特性。因为这些设备是经过编程的，黑客有可能访问它们并重新编程，所以它们通常不被认为是安全的。通用设备运行速度较慢，而且容易受到其他进程的干扰，这对ASIC设备来说不是问题。
ASIC和通用设备都需要支持固件和电路设计，这也需要有经验的程序员和电子工程师。通用设备需要一个在设置和设计被编程设备方面有经验的程序员。此外，先进的运动控制需要专业的工程经验。即使有一个完整的工程团队，从头设计一个运动控制器也会非常缓慢。ASIC运动控制设备将让设计工程团队更快地进入市场，因为运动的算法已经充分测试并准备运行。
由于通用设备的性能是由追求更快性能的市场驱动的，它们通常提供比ASIC运动控制设备更短的生命周期。无论哪种方式，ASIC或通用设备的寿命结束都需要完全重新设计。
现成的运动控制装置
现成或商用现货（COTS）单元是已经通过上述从头开始设计过程的系统，完整的包装作为成品单元出售。此外，固件和电路设计经过充分审查，可随时使用。
这些系统通常作为独立的机箱、PLC或PC板级设计出售。这些类型的运动控制器的最大市场是设备间应用，它们被机器设计师和小型OEM广泛使用。
独立运动控制器的主要优势包括:
- 易于编程的控制器通常支持以下一个或多个行业标准:G-code，梯形逻辑，LabView集成(一种basic风格的人类可读的编程形式)，以及其他易于理解的代码，甚至使用按钮和HMI显示直接编程。
- 通常带有一个或多个标准通信接口，如CAN总线、EtherCAT、Ethernet、Powerlink、PROFIBUS、RS-485、SERCOS和USB。
- 在不需要主设备(如PC)的情况下存储和执行独立程序的能力。或者，独立的程序可以集成到更大的系统中，允许主设备通过上面描述的接口发送命令。
- 现成装置的设计考虑到应用程序或市场，并且可能包含标准连接、I/O和轴控制，这些都是为其设计的市场所共有的。
现成设备的缺点：
- 单元有一定数量的特征，不容易适应。这使得它们很难在其设计的市场之外使用，或者随着技术的进步，在原有控制系统的范围之外继续使用。
- 更灵活的全功能包非常昂贵，这限制了它们在大容量应用程序中使用的吸引力。此外，并不是所有标准的功能都是每个应用程序必须的，这意味着oem可能会为应用程序永远不会使用的功能支付额外的费用。
原始设备制造商从头开始开发运动控制器设计的过程可能会很漫长和缓慢，我们已经看到越来越多的原始设备制造商使用现成的运动控制器来验证设计，因为它们易于编程、启动和运行。然而，一旦设备已经围绕一个现成的运动控制器设计，系统必须继续使用现成的系统，即使它的成本更高，或者完全重新设计成一个定制的，从零开始的系统。
目前还没有一款产品能够弥补从零开始设计的运动控制器和COTS运动控制器之间的差距。当我们着眼于市场时，我们需要一种成熟的运动控制器，这种控制器易于使用，设计可靠，价格合理，适合大批量应用。即使作为从现成产品到从零开始设计的桥梁，中间产品也能以更短的设计周期为定制控制提供快速途径。
本文作者包括:Sacha Marcroft, Motion Group副总裁兼Western Automation Inc.区域经理;Brian McMorris, Futura Automation LLC的总裁;以及Allied Motion Technologies Inc.销售副总裁凯文·麦克尼古拉斯(Kevin McNicholas)。
在地平线上:运动控制器将弥合差距
这款Nippon Pulse Commander运动控制器核心（基于先进的PCL6000系列ASIC）即将上市。Nippon Pulse是全球最大的ASIC运动控制器制造商，在全球销售超过660万个ASIC运动控制器。
日本脉冲美国将很快引入一个新的类别的强大和灵活的运动控制器，以弥补差距的运动市场。这种安全、易于使用的混合集成电路被称为指挥官核心，并围绕Nippon Pulse PCL6045BL ASIC构建，将COTS设计的优势与从头设计ASIC和FPGA控制器的可定制性结合起来。Commander将作为一款现成的运动控制器出售，无需从其他供应商处采购组件，也不会依赖其他组件的使用寿命（以及对该领域产品的巨大修改，这些寿命通常需要）。
对于原始设备制造商来说，Commander核心是一种成本效益高的工具，可以在最短的设计时间和支持下实现大批量生产。它将减少从零开始的运动控制器部分的开发时间，因为系统可以通过指挥官开发工具包(Commander development Kit)快速验证，其中包括一个开发板和核心模块。然后，OEM可以将核心本身集成到他们最终定制的PCB设计中。
运动控制器将适用于3D打印设备、实验室自动化设备、纺织机、印刷机、游戏机、医疗成像设备、小型机器人、数控铣床、焊接设备、半导体制造设备和自动售货机。
了下:运动控制提示
