运动系统(运动控制系统)

运动控制是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置或速度。包括计算机技术、自动控制技术、电力半导体变流技术、机械设计等。

运动控制技术的研究对象是自动化设备中各种运动机构的位置控制、速度控制、轨迹控制等。按电机类型分为：直流伺服电机运动控制系统、步进电机运动控制系统、交流伺服电机运动控制系统、直线电机运动控制系统、气压、液压等其它伺服系统。

控制系统为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的，使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。以自动控制方式分类：

开环控制系统

通过某种装置将能反映输出量的信号引回来去影响控制信号，若控制回路没有设反馈环节的，即对系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，称为开环控制系统。

开环进给伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机，其控制原理开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。

闭环控制系统

闭环系统亦称"反馈系统"，系统的输入影响输出同时又受输出的直接或间接影响的系统，该类系统有若干个闭合的回路结构。

因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。

闭环控制系统将数控机床本身包括在位置控制环之内，因此机械系统引起的误差可由反馈控制得以消除，但数控机床本身固有频率、阻尼、间隙等的影响，成为系统不稳定的因素，从而增加了系统设计和调试的困难。

半闭环控制系统

采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。

通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。

半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。

开环和闭环系统的特点

1、开环控制系统

系统元件便宜、成本低，控制算法简单、系统稳定。因此，在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以预先确定并能进行补偿的情况下，应尽量采用开环控制系统。

2、闭环控制系统

系统结构复杂、定位精度高，控制算法参数多、成本高。由于输出信号的反馈量与输入量作比较产生偏差信号，利用偏差信号实现对输出量的控制或者调节，所以系统的输出量能够自动地跟踪输入量，减小跟踪误差，提高控制精度，抑制扰动信号的影响。

3、半闭环控制系统

半闭环监控的是整个系统最终执行环节的驱动环节，对最终执行机构不作监控，精度比闭环要差一些，但驱动功率大，快速响应好，因此适用于各种数控机床。半闭环控制系统的机械误差，可以在数控装置中通过间隙补偿和螺距误差补偿来减小系统误差，整体特性介于开环和闭环系统之间。

运动控制主要涉及步进电机、伺服电机的控制，控制结构模式一般是：控制装置驱动器(步进或伺服)电机。控制装置可以是PLC系统，也可以是专用的自动化装置(如运动控制器、运动控制卡等)。随着通用运动控制技术的不断进步和完善，运动控制系统已经被越来越多的行业领域所接受。