什么是运动控制？ - National Instruments
什么是运动控制？
NI运动控制软件和硬件——简化运动控制应用程序的开发，可以方便地与NI数据采集以及机器视觉产品集成。从自动化测试设备和研究实验室直至控制生物医学、封装和制造机器，工程师和科学家都可以使用NI运动控制产品更快、成本更低地解决各种应用挑战。
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工业和嵌入式行业中最常用的电机是步进电机、有刷电机和无刷直流电机，不过也有一些其他的电机选择。每个电机需要独立的输入信号驱动电机转动，将电能转换为机械能。从更广意义上来说，运动控制让您在无需处理底层信号来驱动电机的情况下，使用电机来实现各种应用需求。此外，运动控制提供了高层函数，因此您可以以基于模块的方式有效地实现定制的应用程序，为例如精确定位、多轴同步、定速运动、定加速度和减速度运动等常见的任务创建解决方案。由于大部分电机都是在瞬态环境下工作的，运动控制工具需要应对不同的负载和动态条件，这需要运行复杂的控制算法以及来自机械系统的反馈信息。最后，运动控制任务通常都是关键任务，并且一般控制的设备都可能会对周围的工作人员产生伤害。因此，需要例如限位开关和I/O通道等安全特性用于收集状态信息并执行关机操作。
运动控制系统组件
下面的框图给出了运动控制系统的关键组件。
图1. 运动控制器是运动控制系统的心脏。
每一个应用程序特有的部分就是您开发的应用软件。它决定了运动轨迹以及特定的事件触发。应用程序软件由多个可选的层次组成：通常包含一个用户界面应用程序，让操作员可以进行操作。大量的运动控制应用程序会包含用于警报处理和连接SCADA系统的数据库连接的应用程序层；同时，还会包含由运动控制器执行的运动控制指令。运动控制器制造商为您提供开发环境，帮助您创建应用程序软件。使用之前提到的指令，运动控制器创建运动轨迹。根据这些运动轨迹，控制器通过放大器、电机驱动器向电机发送控制信号（通常是±10 V模拟电压信号或步进以及方向信号）。放大器的使用主要是从控制器采集信号，将它们转换为能够驱动电机运动的信号。随着电机的转动，位置传感器等反馈设备将位置信息传回给控制器，形成闭环控制。通过这个位置传感器，运动控制器可以获取电机的位置，并且可以据此得出运动的速度。一些应用程序需要多个反馈设备以确保电机驱动的机械系统以正确的方式进行运动。尽管反馈设备可以提供位置反馈，但是对于有些情况下，诸如压力或振动传感器数据采集得到的特殊反馈信息也需要传送给控制器。
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NI提供了多种运动控制器，从基于DSP的、PCI或PXI接口的高性能插件式设备到使用LabVIEW NI SoftMotion模块的NI实时平台的嵌入式运动控制系统（例如使用NI CompactRIO、NI Single-Board RIO或NI工业控制器）。使用NI SoftMotion技术，您可以在实时和FPGA的硬件平台上实现自定制的运动控制器。它提供了监督控制和强大的轨迹生成器功能，帮助您使用图形化编程方法构建自定制的运动应用程序。
使用LabVIEW NI SoftMotion的实时运动控制器
使用LabVIEW NI SoftMotion和EtherCAT的分布式运动控制器
PCI和PXI接口的插件式运动控制器
使用LabVIEW NI SoftMotion的实时运动控制器
使用图形化开发工具设计自定制的运动控制应用程序
部署到例如NI Single-Board RIO、CompactRIO、PXI的NI实时平台或工业控制器硬件
使用用于CompactRIO的NI C系列运动模块直接连接到驱动器和电机
利用用于轨迹生成、样条插值、位置和速度控制的函数
定义包含标准I/O、自定制控制算法或通信接口的自定制轴
使用LabVIEW NI SoftMotion模块，您可以在例如NI Single-Board RIO、CompactRIO、实时PXI或工业控制器硬件的NI实时开发平台上构建自定制的运动控制器。NI SoftMotion技术提供了监督控制和强大的轨迹生成功能，这个功能会自动部署到实时控制器上。您可以使用LabVIEW项目配置运动轴设置、测试您的配置、调节您的电机、使用图形化编程方法快速开发自定制的运动控制应用程序并将应用程序部署到坚固可靠的NI实时平台或基于FPGA的硬件平台上。
对于应用程序开发来说，LabVIEW NI SoftMotion为简化开发提供了高层API，也提供了可以访问运行控制底层函数的属性节点和调用节点API。您可以在实时系统上运行您自定制的运动控制应用程序，也可以在基于Windows的本地PC上执行自定制的运动控制应用，它会和运行了运动监督控制和轨迹生成器的实时控制器进行通讯。
实时控制器选项
使用LabVIEW NI SoftMotion和EtherCAT技术的分布式运动控制器
使用图形化开发工具设计自定制的运动控制应用程序
通过EtherCAT通信协议连接到分布式驱动器
将您的应用程序部署到任何NI EtherCAT主设备上
利用用于轨迹生成、样条插值、位置或速度控制的函数
利用前沿驱动技术提供小型封装运动控制解决方案
您可以使用LabVIEW NI SoftMotion模块实现分布式或联网的运动控制系统。使用能够运行NI EtherCAT主设备软件的NI实时系统（NI cRIO-902x、NI 9074、NI工业控制器、PXI和NI嵌入式机器视觉系统），您可以实现使用EtherCAT通信协议直接连接到EtherCAT驱动器的运动控制系统。您还可以借助于强大的NI 9144 EtherCAT扩展机箱和C系列驱动接口模块开发您的运动控制系统。有了LabVIEW NI SoftMotion，您可以使用LabVIEW工程配置您的运动轴的设置、配置您的分布式驱动器、调节您的电机并通过交互式测试面板验证所有设置。因为它们基于相同的技术，本地运动轴和分布式运动轴可以在同一个控制器下协同工作。
对于应用程序开发来说，LabVIEW NI SoftMotion为简化开发提供了高层API，也提供了可以访问运行控制底层函数的属性节点和调用节点API。
分布式运动控制器选择
插件式运动控制器
可选择高性能或者低成本的控制器
支持Windows和实时PCI与PXI系统
免费的NI-Motion驱动程序软件，包含所有插件式运动控制器
兼容NI LabVIEW和Measurement Studio软件
支持交互式、可重配置的NI Motion Assistant运动控制软件
NI提供了多种运动控制器，从可以满足最复杂需求的、功能齐全的高性能控制器直至具有稳定性能的、适用于点对点运动控制应用的低成本运动控制器。NI运动控制器家族中拥有最佳性能的是NI 7350系列，它提供高达八轴的步进电机或伺服电机运动控制。NI运动控制器家族的中端产品是NI 7340系列，可以进行高达四轴的步进电机或伺服电机运动控制。低成本的NI运动控制器选择是NI 7330系列，提供四轴的步进电机运动控制。每个控制器都可以集成NI数据采集设备，用于高性能的自动化测试系统。
插件式控制器选择
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NI为各种运动控制应用提供了多种步进电机和伺服电机。NI提供的两个系列的永磁电机，虽然外形尺寸和功率规范各不相同，但是都能够提供卓越的性能。AKM无刷直流伺服电机可以提供高达37.5 N-m的峰值力矩、高达8000 rpm的转速并且集成了智能反馈设备，能够和NI AKD伺服电机驱动完美协同工作。NI步进电机提供高达12.1 N-m的保持力矩以及1.8度步进增量（200/转）的精确移动。它的两相式设计，使它无需价格昂贵的反馈装置，因此更容易控制。
高性能的无刷伺服电机
6种外形尺寸
高达37.5 N-m（5310.4 oz-in.）的峰值力矩
高达8000 rpm的转速
简化安装与配置的智能反馈设备（编码器）
NI AKM无刷直流伺服电机可以在大范围速度条件下工作，提供高达37.5 N-m的峰值力矩。提供六种不同的外形尺寸，运用智能反馈设备（SFD）技术智能集成了反馈机制，简化安装与配置。由于其无刷设计与低惯性转子，AKM无刷伺服电机只需要有限的维护，就可以提供高动态性能、低齿槽的表现。
提供NEMA尺寸27、23和34电机
高达12.1 N-m（1710 oz-in.）的保持力矩
1.8度的分辨率
与NI步进电机驱动器和运动控制器协同工作以获得最佳性能
NI步进电机提供精确的、高力矩的性能，并且能够方便地连接到NI步进电机驱动器。由于其无刷设计、坚固的轴承和创新的冷却技术，这些电机可以保证持久的稳定表现。两相式设计确保1.8度步进增量（200/转）的精确运动，控制简单，并且无需复杂昂贵的反馈设备。您可以通过将NI步进电机与匹配的步进电机驱动器和最适合您的应用要求的运动控制器结合以开发精确的步进运动控制系统。
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NI步进电机和伺服电机功率驱动器为所有NI运动控制器提供可靠、易于连接的驱动解决方案。这些驱动器适用于不同功率范围和外形尺寸，从可以直接将NI CompactRIO控制系统连接到低功率电机的C系列模块到可以完美匹配NI步进电机和伺服电机的外置式单轴驱动器，再到专为NI插件式运动控制器优化的多轴驱动器。
伺服电机驱动器
步进电机驱动器
伺服电机驱动器
1、2、4轴驱动器
不同外形尺寸
适用于面板或机架安装的紧凑外形尺寸
AKD伺服电机驱动器提供模拟控制信号或EtherCAT通信的控制器连接方式
NI AKM无刷直流伺服电机的即插即用配置
NI伺服电机功率驱动器为所有NI运动控制器提供可靠、易于连接的驱动解决方案。AKD无刷伺服电机驱动器使用尖端技术用于单轴运动控制。它们提供NI AKM无刷直流电机的即插即用配置功能，并且可以通过模拟控制信号或确定性EtherCAT通信协议连接到运动控制器。NI 9505是单轴全H桥伺服电机驱动器，可以直接将CompactRIO硬件连接到无刷直流伺服电机、继电器、照明、螺线管和阀门。NI MID-765x直流有刷电机驱动器可以和NI PCI和PXI插件式伺服电机控制器完美协同工作。NI MID-7654和MID-7652分别是4轴与2轴伺服电机驱动单元。它们内建高效的伺服放大器，可以将模拟控制信号转换为驱动直流无刷电机的变化电流。
步进电机驱动器
1、2、4轴驱动
不同外形尺寸
适用于面板或机架安装的紧凑外形尺寸
精确运动控制，提供无编码器停止检测、防共振滤波以及动态平滑功能
和NI步进电机和运动控制器协同工作以获得最佳性能
NI伺服电机功率驱动器为所有NI运动控制器提供可靠、易于连接的驱动解决方案。NI提供带有高力矩输出和微步进性能的单轴、2轴或4轴功率驱动器。P70360单轴交流功率驱动器提供320 V总线电压和3.5 A峰值电流输出，P70530单轴直流功率驱动器提供20 V至75 V总线电压和7.1 A峰值电流输出，NI MID-轴或4轴交流功率驱动器提供1.4 A峰值电流输出。此外，单轴驱动器为平滑运动提供动态平滑和防共振滤波功能，为可靠控制提供了无编码器停止检测。NI还提供了NI 9501、单轴C系列步进电机驱动器，用于直接将步进电机连接到CompactRIO嵌入式运动控制系统。
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使用NI LabVIEW和运动控制专用软件附加工具，您可以使用图形化编程方式创建强大的、自定制的运动控制应用程序。您可以结合基于配置的工具和高层API，快速开发自定制的应用程序，并将它们部署到NI运动控制硬件上。
LabVIEW NI SoftMotion模块
设计自定制的运动控制应用程序
利用用于轨迹生成、样条插值、位置或速度控制的函数
使用高层函数模块API简化运动轨迹开发
定义包含标准I/O、自定制控制算法或通信接口的自定制轴
使用NI SoftMotion for SolidWorks创建虚拟原型
NI LabVIEW软件和LabVIEW NI SoftMotion模块为自定制的运动控制应用提供图形化开发方式。使用LabVIEW NI SoftMotion，您可以使用LabVIEW工程配置所有运动轴的设置、测试配置正确性、调节电机并快速开发自定制的运动控制应用。您可以将这些应用部署到NI实时控制器或在连接到运行NI SoftMotion引擎的实时控制器的本地Windows主机上运行。
NI Motion Assistant
带有三维可视化的交互式环境
直接创建LabVIEW或C代码
易于实现梯形或S曲线速度曲线
适用于单轴或多轴应用
兼容NI插件式运动控制器
NI Motion Assistant是基于配置的交互式开发环境，用于快速原型开发以及使用NI插件式运动控制器部署您的运动控制应用。您可以使用NI Motion Assistant开发自定制的应用并且使用NI-Motion API将它们转换为直接可运行的LabVIEW VI或C代码。
LabWindows注册商标已经得到Microsoft Corporation授权。Windows是Microsoft Corporation在美国和其他国家的注册商标。
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