運動控制技術的案例
伺服液壓運動控制-選擇PLC還是運動控制器？（轉自液壓傳動與控制）
一些閉環運動控制的應用很顯然需要運動控制器，然而一些人也可以通過使用PLC來實現閉環控制。當然，選擇何種控制方式常常難以定論。
當你可以使用PLC控制的時候，為什么還需要花錢去購買一個專用的電液運動控制器呢？答案很簡單。一般來說，考慮的因素包括使用數量，實現難度，可用時間，生產效率，精度要求以及經濟性等。做出何種決定往往是很模糊的。根據以往的經驗，我知道哪種類型的應用可以用PLC，哪種不適用。
對于大多數的控制系統設計者來說，成本是首當其沖的想法。最簡單的辦法就是購買帶有模擬量輸入和輸出的PLC用于各種軸的控制，還可以帶有一些數字I/O，接著就可以編程了。通常都是從最簡單的比例控制開始，甚至PID控制塊都不需要。這就是目前市面上大多數的液壓伺服控制的做法，人們接受液壓的培訓很多，但也僅限于此。
模擬量的反饋必須轉化縮放為位置單位。然而，我很奇怪的是，在一些PLC論壇里，很多的人在咨詢如何把一個模擬量轉化為毫米或英寸。如果編程的工程師在問，很顯然他啥也編不了。對輸入值比例縮放之后，很簡單的做法就是，從指令位置減去實際位置，差值乘以比例增益，該值作為模擬量的輸出至閥。就是這么簡單！
1. 該仿真顯示了當指令位置突然改變100mm時將會發生什么。控制輸出在100%飽和，執行器突然加速。實際位置則慢慢的接近100mm的目標值。
模擬量控制的PLC設置
PLC控制的一個挑戰發生在液壓缸的指令和實際位置相差很大的情況，因為此時輸出至閥的信號可能很大。結果就是液壓缸全速運動至指令位置。在指令位置的時候會發生什么就取決于增益和負載大小了。有時候液壓缸會平滑減速至指令位置，但是如果負載很大，也會產生超調，并帶有衰減振蕩。
關于此問題可以有多種解決方案。
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展開 討論用于精密運動控制的電液控制閥（轉自液壓傳動與控制）
結論
設計一個滿足你的應用需求的液壓運動控制系統需要多方面的考慮。選擇一個合適的閥是必須的，也期望通過上述的羅列對你經驗的提升有更好的幫助。
其它的一些重要的因素包括選擇合適的位置、壓力或者力傳感器；閥盡可能的靠近油缸即控制器只控制油缸（無油液或者軟管的膨脹或壓縮）；選擇合適的運動控制器等等。
伺服運動控制時油缸中的壓力是如何變化的（轉自液壓傳動與控制）
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。終點位置保持0.5s。油缸活塞桿縮回的過程周期是對稱的，然而，其在停止運動后持續約0.5s。
展開 
探索液壓伺服運動控制中的VCCM方程（轉自液壓傳動與控制）
VCCM用于閥控缸運動。該術語由Jack Johnson提出，但是該方程本身已經以不同的表達方式存在了很長一段時間了。VCCM方程具有很多用途，但是其最明顯的就是當伺服閥全開口的時候決定油缸活塞與負載的最大穩態速度。VCCM可以正確的預知各個方向的穩態速度，而“速度取決于流量（flow makes it go，等式為υ=Q/A）”的方程卻做不到。有趣的是，牛頓在他的三大運動定律中并沒有涉及到流體運動。
VCCM方程的推導基于油缸活塞兩側的合力。在活塞與負載的合力為零之前，活塞和負載會一直加速運動。如果活塞不再加速，則意味著已經達到穩態速度。液壓系統設計者應該熟知VCCM方程及其各種表達式，因為它對優化我們的設計非常有用。
我第一次在Jack Johnson的書里看到的VCCM方程等式為：
此處：
Vss：最大穩態速度
Kvpl：閥功率邊（powered land）流量系數（譯者注：或者叫進油口）
Ps：供油壓力
Ape：油缸活塞功率邊的面積（譯者注：或者叫油缸進油腔）
fl：負載力，與負載運動方向相反時為負，與負載運動方向相同時為正
ρv：進油口與回油口流量比值
ρc：進油腔有效面積與回油腔有效面積之比
最大的穩態速度發生在閥100%全開時。理解這一點非常重要，因為其決定了開環增益。開環增益用速度與控制輸出的百分比來表示，或用（mm/s）/ %來表示。如果穩態速度是500mm/s，則開環增益就是（5mm/s）/ %。正負100%的控制輸出也許是±10V，±20mA，或者甚至是4-20mA，此處12mA就是0%的控制輸出。
開環增益對于建模很重要。
展開 伺服運動控制時油缸中的壓力是如何變化的（ 液壓傳動與控制）
英文作者：Jack Johnson 電液控制專家
中文譯校：騰益登
*本文大約1758字，建議閱讀時間：~10分鐘*
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。
展開 綜述電液伺服運動控制系統的計算（轉自液壓傳動與控制）
閉環控制
圖2 閥控，電液位置閉環典型結構
圖2所示的系統闡釋了位置伺服機構，這是我們討論最終落腳點。圖2中的油缸提供負載力fL，而其位置與一個位置傳感器相連，傳遞函數為H，作為反饋信號。H值為電壓，進入誤差比較器，與指令信號電壓C做比較。誤差信號E輸送至伺服/比例閥放大器，從而推動閥芯運動。
只要誤差信號不是零，閥將持續運動，導致油缸推動負載，直至指令信號與反饋信號相等。此時，誤差為零，電流變為零，閥芯對中，負載和油缸停止。這就是它的工作原理。當然事實上，其會復雜很多。
液壓控制為什么愛用正弦曲線運動（轉自液壓傳動與控制）
然后，運動控制器可以根據需要調節電動機的速度，但仍可以依靠蓄能器將壓力保持一定程度，從而以相對恒定的速度運行。預測流量時會出現少量誤差，因此仍然需要一個壓力傳感器以確保壓力保持在所需范圍內。
伺服閥/比例閥零位特性與平衡閥對精密運動控制的影響（轉自液壓傳動與控制）
英文作者：Peter Nachtwey, Delta Computer Systems
翻譯校正：騰益登
前言
聰明的選擇和使用你的閥，才能實現精密的控制。本文著重討論了零位特性對精密運動控制的影響，同時對于在伺服系統中如何使用平衡閥或鎖止閥做了詳細分析。
正文
良好的控制性能需要的不僅僅是良好的運動控制器，甚至最好的控制器也無法彌補拙劣的系統原理設計和元件選型。伺服閥、比例閥的特性對于閉環運動控制系統有著巨大的影響。諸如平衡閥之類的元件也會影響伺服閥、比例閥的運行。有時候由于項目緊張的周期導致了整個系統原理設計的缺陷以及不正確的選型，結果就是往往會花大量的精力和時間去處理這樣的系統，奢想達到期望的性能。更好的理解一些通用閥的應用問題可以縮短系統的設置時間，實現更精密的運動控制。
油缸飄移和閥的零位問題
在液壓控制系統中，飄移是一個微妙或者復雜的問題。我們從兩方面來討論，一個是相對比較直接易理解的執行器飄移問題，另外一個是更難琢磨不定的閥的零飄。執行器飄移發生在閥不在零位之處，當沒有控制信號時（比如閥供電被切斷），導致執行器活塞緩慢移動或者飄移。在某些情況，飄移是我們期望的——比如當不調整時，此時活塞桿縮回至安全位，彌補控制信號的丟失。
當飄移的速率太高或者飄移方向錯誤的時候，問題就來了。比如，如果飄移量高達閥控制信號10%的時候，就需要對閥進行補償了。如果10%的控制輸出信號只是用于保持位置，只剩下90%被用于驅動執行器運動，與飄移方向相反。結果就是，執行器也許只能得到該方向全速的90%。因此，對于有快速需求的場合，具有較大零飄的閥無法確保執行器達到期望的最大速度。
零偏的調整很容易，伺服閥通過調整閥體上面的螺釘，或者比例閥通過調整放大器來實現。
展開 磁場控制電弧運動
磁場控制電弧
電弧溫度高，可理解為等離子狀態，由于物理性質的復雜性，仿真模擬時將電弧假設為磁流體，同時具備流體和電磁的特性。仿真的目的在于觀察電弧的運動特性，通過觀察其運動規律，來指導產品設計，當然水平很高的工程師可以考慮的更很多，將結果計算的很準確。目前，熱仿真和流體仿真已不是一次性做的非常準確，調試是仿真不可缺少的環節。
本文引入一個案例，也是參考他人的云圖結果進行調試，目的在于理解電弧的運動特性，以及仿真軟件上的操作。
電弧運動是受磁場力的作用，即洛倫磁力，所以控制磁場大小和方向就可以控制電弧的運動，磁場條件隨時間而變化，其他設置和以前保持一致，其中更改網格設置和求解器設置，可是結果順利的收斂；
仿真結果如下所示，電弧隨磁場變化，來回的擺動；
#僅供參考
展開 電場可以控制中性粒子的運動嗎？
如何用電場控制電中性粒子的運動？這聽起來似乎是不可能的，但在這篇文章中，您會看到介電泳（DEP）現象可以解決這個難題。我們將學習如何利用介電泳進行顆粒分離，并演示一個簡單的生物醫學仿真 App，該 App 是使用 App 開發器創建的，通過 COMSOL Server? 運行。
在非均勻靜電場中粒子所受的力
在直流和交流場中，都會發生介電泳效應。我們先來看看直流的情況。
考慮一個浸入流體中的介電粒子。另外，假設存在一個施加到流體-顆粒系統的外部靜態(DC)電場。在這種情況下，只要粒子的介電常數高于周圍流體的介電常數，粒子就會從弱電場區域被拉到強電場區域。如果粒子的介電常數低于周圍流體，那么情況正好相反，粒子會被拉到弱電場區域。這些效應分別被稱為
正介電泳 (pDEP)和負介電泳 (nDEP)
。
下面兩幅圖片分別演示了這兩種情況，并將幾個重要的量可視化：
電場
麥克斯韋應力張量（表面力密度）
正介電泳(pDEP)的示意圖，粒子介電常數高于周圍流體的介電常數 。
負介電泳(nDEP)的示意圖，粒子介電常數低于周圍流體的介電常數 。
麥克斯韋應力張量代表粒子表面的局部力場。為了使這個應力張量能夠代表作用在粒子上的力，流體需要是“簡單的”，也就是它不應該表現出太復雜的機械行為。假設流體是簡單的，我們可以從上面的插圖中看到，在 pDEP 和 nDEP 這兩種情況下，粒子上的凈力看起來是方向相反的。對表面力進行積分確實會出現這種情況。
事實證明，如果我們把粒子縮小，例如一個無限小的情況，一個非常小的粒子在流體中像偶極子一樣運動，那么凈力是電場平方梯度的函數。
為什么凈力會有這樣的表現？
展開 
超詳細的運動控制詳解
運動控制在實際的工業現場中隨處可見，也常聽到大家提到運動控制；
哪什么叫運動控制？
以及基本概念有哪些？
下面我們為大家做簡單的介紹
運動控制(MC)是自動化的一個分支，它使用通稱為伺服機構的一些設備如液壓泵，線性執行機或者是電機來控制機器的位置或速度。
運動控制在機器人和數控機床的領域內的應用要比在專用機器中的應用更復雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制(GMC)。
運動控制被廣泛應用在包裝、印刷、紡織和裝配工業中。
定位的基本概念：
使指定對象按指定速度和軌跡運動到指定位置
運動控制需要有控制器（PLC）、驅動器、電機、機械等機械需要將位置和速度反饋給控制，形成一個閉環的控制；這樣控制器就能知道機械的動態和位置信息
電機的速度和位置反饋給驅動器這也是一種閉環控制的方式，電機和驅動器之間形成一個閉環；或者電機將位置和速度反饋給控制器作為一個閉環
運動控制中關鍵的要素的位置和速度
a表示加速度 d表示減速度 s就是運行距離（位置）
伺服系統的概念和組成
什么是伺服系統？
展開 SIMATIC S7-1200運動控制
一、運動控制方式
S7-1200運動控制根據連接驅動方式不同，分成三種控制方式
通信控制方式：S7-1200 PLC通過基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式與支持PROFIdrive的驅動器連接，進行運動控制。
PROFIdrive 是通過 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 連接驅動裝置和編碼器的標準化驅動技術配置文件。
支持 PROFIdrive 配置文件的驅動裝置都可根據 PROFIdrive 標準進行連接。
控制器和驅動裝置/編碼器之間通過各種 PROFIdrive 消息幀進行通信。
每個消息幀都有一個標準結構。
可根據具體應用，選擇相應的消息幀。
通過 PROFIdrive 消息幀，可傳輸控制字、狀態字、設定值和實際值；
通信控制方式為閉環控制方式。
PTO控制方式：
S7-1200 PLC通過發送PTO脈沖的方式控制驅動器，可以是脈沖+方向、A/B正交、也可以是正/反脈沖的方式。
PTO的控制方式是目前為止所有版本的S7-1200 CPU都有的控制方式，該控制方式由CPU向軸驅動器發送高速脈沖信號（以及方向信號）來控制軸的運行；
是一種開環控制方式。
模擬量控制方式：
S7-1200 PLC通過輸出模擬量來控制驅動器。
固件 V4.1開始的 S7-1200 PLC的另外一種運動控制方式是模擬量控制方式。
以CPU1215C為例，本機集成了2個AO點，如果我們只需要1或2軸的控制，則不需要擴展模擬量模塊。
展開 YKCAT2 VS 運動控制卡
PC-based
控制系統
由于PC-based控制系統的天然優勢，如可拓展性好、能夠實現復雜運動控制和開放性強等特點。越來越多的先進裝備都選擇PC-based控制方案。
但是，基于PC的控制方案除了帶來優勢之外，也帶來相對傳統PLC方案來說較明顯的穩定性缺陷。比如生產現場常常反饋的“不穩定”、“卡頓”等現象。
ProU團隊成立6年來，一直嘗試解決這個問題。使基于PC的控制系統滿足3個特性：
1.獨立于Windows并實現極佳的實時性能；
2.不改變目前高級語言編程習慣和開發環境；
3.非常低的學習門檻。
這就是NoTime—基于實時系統的.NET執行環境。這集視頻，我們將深入最嚴酷的PC運行環境，展示傳統運動控制卡和基于NoTime環境的YKCAT2運動模塊的性能對比。
原理會在在最后探討，現在從具體的實驗對比開始吧！
實驗的流程是：相機在A點拍照，完成圖像處理（匹配定位）后，運動到B點拍照并進行圖像處理。之后運動到C點，進行一次數字量IO的輸出和輸入。然后返回B點，再進行一次數字量輸出和輸入，完成后返回A點。
以上作為一個運動周期，分別用運動控制卡和基于NoTime的YKCAT2實現。
運動效果如視頻所示。
實驗需要這些元器件：一個T控制器，一套Servotrnix伺服電機、MVtec Merlic視覺軟件和相應的視覺硬件。
PC使用相同的配置，只有控制軟件/運動控制卡一個變量，這樣就更便于比較運動控制方案的區別。
展開 西門子S7-200 SMART運動控制案例
對于S7-200 SMART PLC來說，要做運動控制，我們可以在工具的運動向導里面去進行配置，配置完成后會生成一些子程序，我們就用生成的這些子程序就可以進行編程做運動控制，非常方便。下面就看一下運動向導的配置方法：
詳舉4個PLC最基本的控制，搞懂再說學PLC！
2021-05-07
1年漲薪2次！！！這些電氣人是怎么做到的？
2021-05-06
如何采用經驗設計法，進行PLC程序設計？
2021-05-05
一文帶你了解什么是PLC邏輯設計法？
2021-05-04
變頻器故障！你還在查手冊？早Out啦！
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