郑秀征
北京中鼎高科自动化技术有限公司 北京 100000
摘要：随着信息技术和工业智能化水平的提高，智能制造成为当前最热门的技术之一。在此背景下，材料、能源、生物工程等诸多领域得到快速的发展，多种学科和技术的发展引发了“第三次工业革命”的浪潮，智能制造即“第三次工业革命”的源动力。在工业领域，智能制造的实现离不开运动控制器，它是工业4.0得以实现的关键性部件之一。文章从智能制造与运动控制器的介绍出发，总结了运动控制器的种类，简析了当前运动控制器的使用现状，并预期了未来在智能制造的大环境下运动控制器的发展方向。
关键词：智能制造；运动控制器；发展；趋势
引言
随着科技的进步和经济的快速发展，人们对工业生产的自动化水平提出了更高的要求。近年来，计算机技术、互联网技术、信息技术和智能控制技术等高新技术得到了快速的发展并在一定程度上实现了与工业生产的良好融合。目前我国已经成为世界第二大经济体，国家层面也在号召制造业从传统的劳动密集型向技术密集型的转型。通过不断的科技创新，提高我国工业生产的自动化水平，并逐步实现工业生产的智能制造，助力我国在愈发激烈的国际化市场经济环境中保持竞争优势。目前我国的智能制造技术虽取得了一定的成绩，但是距离发达国家的成熟应用还存在较大差距，需要继续加强在该领域的研发力度并结合实践，进行基础技术的研究。
智能制造的前提是生产自动化，工业历史的发展轨迹是逐步从手工生产过渡到半自动机械化生产，再向全自动机械化生产转型，最终朝着智能制造的方向发展。目前，工业生产已经基本发展到了从自动化生产向智能化生产过渡的关键阶段，但是目前还未完全实现生产的自动化控制，较多领域还是存在人工的半自动机械化生产状态。自动化控制技术的实现离不开运动控制器的作用，它的作用是接收处理器发出的控制指令，然后驱动相关的运动部件按照预期的运动形式和轨迹运动，完成既定的目标。机械运动的过程中的速度和精度等参数，都是在运动控制器的精准控制下实现的，在工业自动化领域发挥着不可替代的作用。
一、运动控制系统概要
运动控制指的是，在特定的条件下，通过预先设计的控制方案、指令等对机械运动过程中的位置、速度、加速度、转矩以及力等进行有效的控制，完成计划的机械运动。运动控制系统一般由控制器、驱动器和电动机三部分组成，本文所要研究的运动控制器是用来控制电动机完成预期运行方式的专用控制器。按照系统动力种类的不同，运动控制可分为电气运动控制系统、气液运动控制系统和热机运动控制系统等，其中电气运动控制系统在当前工业生产中应用最为广泛，其动力源为电动机，它的运动控制就是通过运动控制器来实现的。
（1）控制器。控制器相当于是自动化设备的大脑，主要进行整个运动系统的逻辑控制和逻辑运算，同时还要实现运动控制的曲线拟合以及各种运动参数的协调控制。现代制造业要求工业生产中的控制器具有强大的数据处理能力，并且控制器与驱动器之间可以进行快速的信息交换，尽可能的降低延迟，提高响应速度。目前常用控制器有基于PLC的控制器、基于PC的控制器以及嵌入式的专用运动控制器等三大类，用户可根据具体需求进行选型。
（2）驱动器。驱动器一般是指伺服控制器，它可以精准的控制电机的电流与速度，在科技水平处于较高水平的今天，CPU的处理能力得到了极大的提高，驱动器不但可以完成常规的伺服控制，还可以完成部分逻辑控制与运动控制。目前具有代表性的伺服控制器是西门子公司研发的具有“DSC”功能的伺服控制器，它可以实现极高的动态响应，适用于一些高精尖的机械生产控制。
（3）电机。电机的种类较多，在自动化领域使用较多的是同步伺服电动机。在系统对电机的动态性能要求不高的情况下，也可以选用异步伺服电动机。需要注意的是，在同一运动控制系统中，电动机与驱动器尽量选择同一品牌的，这样可以实现驱动器与电动机有更好的匹配性。
二、运动控制器发展现状与发展方向
1.运动控制器的发展历程
传统的运动控制系统在一定程度上提高了我国的工业自动化水平，但是随着经济的发展和工业体系的升级，传统的运动控制系统受到自身特征的限制，已经不再适用于现代的工业生产体系。例如，传统的运动控制系统基本为封闭式结构，适用的范围较窄，系统兼容性差，只适用于少数种类的控制软件，不具有网络功能，为单纯的本地控制系统，不能实现远程控制等。现代的运动控制器是具有较强互换性、可移植性、可伸缩性、可扩张性以及互操作性的高度开放式的运动控制器。
与传统运动控制器相比，开放式的运动控制器表现出全面的优势：（1）能够与数控机床、机器人等自动化设备实现联接；（2）一个运动控制器可以同时完成多个对象的位置、速度以及运动轨迹的控制，通过轨迹插补可以实现极高的精度；（3）呈模块化结构，单个模块结构简单，各个模块可以进行自由组合，可以根据不同的需求进行功能模块的搭配，适用范围广；（4）开放式的架构，使其具有维护简单、可扩展性好、方便升级等特点。
2.运动控制器的发展方向
随着我国工业体系的完善和发展，电子技术、自动化技术和信息技术等技术获得较好的积累，为了更好的适用于现代的工业生产体系，运动控制器正朝着以下趋势发展：
（1）多轴化。PLC模块和MC模块的结合，提高了运动控制的精度，多轴化还可以提高运动控制器的控制内容。
（2）网络化。运动控制器的网络化主要体现在可以通过网络连接工控机和设备，通过网络实现即时的通讯和远程控制。
（3）开放式。在新一代的工业运动控制器中，开放式的运动控制模式可以适用于更多的自动化控制领域，在实践中，可以结合具体的生产控制需求和上位机技术的开发，完成上位机和控制器的交互。此外，还可以在同一平台上完成多个厂家的部件集成。
（4）智能化。现代运动控制器需要根据运动中载荷的变化自动进行控制参数的调整和故障的自我检测、自动修复等智能化功能。
（5）可重构型。这种运动控制器在面对不同的用户需求时，在软件和硬件方面都可以实现重构：硬件方面，用户可结合具体需求调整运动控制器的硬件结构；软件方面，用户在使用过程中可以通过运动控制器功能模块的增减和修改实现功能的重构。
三、结语
综上所述，在电子技术、计算机技术以及自动化控制技术等快速发展的背景下，运动控制器的应用范围和应用前景越来越广，在当前智能制造的潮流下，为了满足工业生产中越来越高的要求，运动控制器正逐渐朝着多轴化、网络化、智能化、开放化、高质量、高可靠性、可重构性强等方向去发展。目前我国在运动控制器的技术研发和应用方面和国外发达国家还存在较大差距，但是随着相关课题研究的深入与实践，这种差距正在缩小，希望未来通过相关学者的共同努力，在运动控制器方面掌握更多的核心技术。
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