運動控制技術在機械工業自動化中的應用

摘要：在現代科學技術不斷進步的大環境下，傳統產業受高新技術的影響，獲得了進一步的優化發展。在這種環境的影響下，機械工作這個傳統產業也慢慢開展了一場大規模的機電一體化技術改革。因為電子計算機技術、電子電力技術、傳感器技術的飛速發展，各國的機電一體化產品不斷涌現。運動控制技術是機電一體化中的重要構成部分，其在當前也獲得了較好的發展。文章重點介紹了計算機控制器技術、全閉環交流伺服驅動技術、直線電機驅動技術以及運動控制卡技術多項極具象征性的新技術，而后對今后的發展方向進行了展望。

關鍵詞：機電一體化;機械工業自動化;運動控制技術

中圖分類號：TH-39? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）04-0000-00

0 引言

由于受到高新技術產業發展趨勢的影響，傳統產業獲得新的革新發展機遇。機械工業作為一個傳統產業，新技術的應用令其產品結合和生產結構方面出現了巨大改變。微計算機技術與微電子技術的進一步發展，加快了機械工業實現自動化發展的速度。機電一體化技術持續性的改革，讓機電一體化產品在一定時間段都會有全新進展。在現代生活與生產中，機電一體化技術起到了非常重要的作業，進一步提高了人們的生活水平和工作效率，減少了材料消耗，提高了企業的核心競爭力。

1 機械自動化技術分析

伴隨著數控技術與工業自動化技術的持續發展，隨之衍生了運動控制技術，其是通過對機械運動部件的速度與位置等進行實時管控，讓機械設備根據既定的運動參數，實現運動任務。運動控制器最初形態是可獨立運作的專用控制器，具有能夠獨立完成運動控制功能、人機交互功能以及工藝技術要求等諸多功能。

國內工業的迅猛發展離不開現代機械研發與制造領域發展，通過在工業領域中運用各項新技術與新型機械設備，實現了推進我國工業進一步發展改革的效果。各項新型技術與新型機械設備的推廣程度與應用效果，成為了一種衡量相關企業發展情況的標準。從某種角度上來說，在機械工業領域中，機械自動化的高效運用已經成為了重要的發展目標之一。

從一定程度上來說，應用機械自動化技術令機械生產過程實現了自動化與智能化，從而有效減少了生產過程中的人力成本和物力成本，同時提高了生產效率以及對資源的利用率，可以較好的推進企業產業結構的調整。不僅如此，企業生產中運用機械自動化技術，在投入同等的生產資料的情況下，可以具有更高的產出，有效提高了企業的經濟效益，并且還可以確保機械設備在智能化控制系統的管理下，實現自動化運作。而且智能化監管系統能夠實時監控機械設備的運行狀態，可以在第一時間發現隱藏的機械故障，并及時進行修復，以此為機械設備的穩定、高效運行提供保障[1]。此外，從國內機械工業總體來看，傳統的機械生產模式是一種粗放式生產模式，只能通過數量來彌補質量上的不足。如此一來，企業生產就容易出現資源與能源浪費情況，從而降低經濟效益。機械自動化技術運用于生產中，有助于創新并改進傳統生產模式，從而在投入相同的資源與能源情況下，大幅提高工業產出，并有效節約資源。

當前工業領域中，主要應用到了各種機械制造技術，同時在生產方面促使相關機械設備逐漸實現了自動化，進而讓工業生產制造實現了連續化，讓工業生產效率始終保持在較高水平。隨著計算機技術與相關的傳感技術進一步的融合發展，不僅為機械自動化技術在工業領域中的運用提供了強大動力，讓工業生產各環節實現了有效的監管與控制，還令此項技術獲得了進一步的創新與優化，讓其的實用性獲得加強[2]。特別是此項技術使用發展過程中和更多科技深度結合后，獲得了更加廣闊的發展空間，讓傳統工業領域出現巨大變革，并且在機械自動化技術的推進下獲得了更好的發展。

但盡管自動化技術具有顯著優勢，并且因為在工業領域內獲得廣泛運用，促使工業生產實現了自動化、智能化及便捷化，但也正因為此，致使我國工業領域生產過度依賴自動化技術，加之受內外部各方面因素的影響。除此之外，也有一些企業生產并不熱衷于自動化技術，在生產中較少運用自動化技術，使自動化技術的有效運用受到限制。因此，企業需要加強重視自身自動化技術的運用和發展動因，從而采取對應的措施來消除不利因素帶來的影響，進而促使社會生產實現自動化。當然，自動化技術并不是完全成熟的，還存在些許不足，無法完全代替人工生產。因此，工業領域在重視自動化技術的運用同時，同樣需要重視人工生產，把自動化技術與人工生產相結合，進一步提高社會生產能力。

2 機械自動化中運動控制新技術的應用

機械自動化技術在不斷的發展，相關的機電一體化在化工機械、冶金機械等行業中的重視度也日益提高。但是運動控制技術在機電一體化技術中，又屬重要構成部分，在機械自動化技術中運用該項技術，可以促使運動控制技術實現多元化發展。

2.1 計算機控制技術的應用

可編程計算機控制技術在我國歷經了三十多年的發展歷程，并慢慢變成了一種比較完善的技術，同時隨著和計算機技術與微電子的結合，演變成了更為新型的可編程序計算機控制器技術。相對比傳統控制器技術，這種技術可以更好的實現多重任務分時與即時操作、應用軟件多樣化設計。不再是以往單任務分別以時鐘掃描、監控程序為基礎處理自身和外部指令、信號狀態采集的過程，可編程計算機控制器技術大幅度提高了處理速度，符合信號出入通道實時性要求。依靠多任務分時處理運行平臺，程序長短將不是運行周期受影響的主控因素，而更多是循環周期，可以更好的體現實時性要求[3]。因此說，可編程計算機控制器技術對行業工程應用軟件開發有著較大幫助，在如數據采集和實時通信等方面具有快速、高效、相互獨立的優勢。

2.2 全閉環交流伺服驅動技術的應用

應用數字式交流伺服驅動技術能夠讓精準度顯著提高，從而更加符合數字化控制模式的發展形勢。全閉環伺服驅動技術按照實現的手段和方式可以分為兩大類：

（1）通過電機實現全閉環控制。使用通訊型伺服驅動器和絕對值型伺服電機來實現全閉環自動運行，PLC或運動控制器通過通訊的方式控制驅動器指令讓電機運行至預設的位置，驅動器通過通訊反饋及負反饋確定電機的實時位置。缺點是僅僅能夠保障電機運行到預設定位的位置，而機械結構和傳動機構實際有沒有到位不能夠保證，而且由于機械結構和傳動機構的加工和運行誤差問題，不能確保實現高精度定位[4]。

（2）通過機械實現全閉環控制。通過在電機負載側的移動機構上加裝絕對值編碼器（圓周運動機構）或位移傳感器（直線運動機構），通過應用PLC技術或運動控制器技術選擇PID算法及控制器的方式，對伺服驅動器采用速度模式控制，并由外部的絕對值編碼器或位移傳感器反饋負反饋機械結構當前的實際位置來實現全閉環的方式。這種方式可以更加準確的實現全閉環，提高運行精度和效率，不受加工精度和傳動機構運行精度的影響，更加準確控制預設的運動位置。因為在調試時不斷的要對PID參數進行修正和調整，調試過程相對繁瑣，但其定位精度較高，可以實現更高的定位精度。

2.3 直線電機驅動技術應用

近些年來，數字化加工中心和數控機床的進給系統中普遍應用了直線電機驅動技術，同時獲得機電行業的認同。尤其是在西歐發達國家工業領域中，掀起了一場“直線電機熱”。對比以往的旋轉電機傳動而言，數字化加工中心與數控機床進給系統設計中采用了直線電機用于直接驅動，具有的最大優勢就是消除了由電機旋轉動力通過絲杠等傳動機構轉換成工作臺進給直線運動環節，直線電機能夠將電力直接轉換作為進給直線運動的動力，這種傳動方式也因此稱作“零傳動”[5]。這種方式的運用，讓機床創新獲得了原本旋轉電機驅動形式難以具備的優勢與功能。而所具備的優勢與功能主要體現在幾方面：

（1）快速反應。因為伺服系統中不再具有部分反應時間比較久的機械傳動件，這大幅度提高了全閉環控制系統整體的效率，更加直接且快速;

（2）高精度。直線電機驅動不再具有因為絲杠傳動系統制造與裝配精度問題而導致出現加工誤差與間隙問題，插補運動中因傳動系統而可能出現的跟蹤誤差被減少，通過直線定位檢測反饋控制方式，使機床的進給精度大幅度提升;

（3）高傳動剛度。因為采取直接驅動方式在進行氣動、變速、換向過程中，不會由于絲杠過細過長引起變形，絲杠絲母長期運行產生磨損導致間隙過大而出現進給精度下降的情況，有效提高了傳動系統的剛性;

（4）行程長度不再受限。導軌采用串聯直線電機，能夠不受限制的延長導軌的行程長度，具備了以往間接驅動系統不能比較的優越性;

（5）噪音小。機床運行中產生的噪音必須遠小于國家有關部門發布的最大分貝要求，最大程度的保護操作工人的身體健康。采取直接電機驅動系統因為消除了絲杠運行中產生的機械噪音，并且其導軌也采取滾動導軌與磁懸浮導軌，所以在一定程度上減少了運動中的噪音;

（6）效率高。去除了機械中間環節，機械傳動摩擦發熱而出現能力損耗的情況不再出現，傳動效率大大提高。

2.4 運動控制卡技術應用

此項技術主要在各類運動控制中的上位控制單元方面獲得應用，其是機械工業自動化發展中的一種運動控制新技術，和新型數控系統的各種指標和規范相符，并滿足包裝機械裝備以及印刷設備這類硬件平臺的改造需求，實現了個人計算機憑借此項技術齊全的功能特征。此項技術通常是將專業運動控制芯片當做運動控制的重點，一般情況下，運動控制卡與個人計算機會形成主從式控制結構。運動控制卡將相對開放的視窗操作系統或磁盤操作系統等當做控制系統，個人計算機就控制著運動軌跡規劃、鼠標管理以及鍵盤管理等。此項技術具有結構開放優勢，所以在機械制造工業自動化較多領域中獲得應用[6]。

3 今后的發展方向

3.1 大環境的影響

我國工業機械化程度已位于全球前幾，各大行業都在進行機械化轉型，逐步向著智能化前幾，在國家大環境作用下，國內企業發展日新月異。運動控制技術有了更大的發展空間，有關專業人才開始從科班出來，且可以在企業環境下成長。運動控制技術在機械自動化中地位越發重要，運動控制將主要獲得以上幾方面的的發展。隨著今后科學技術的發展，將會出現更加精密、高效率的運動控制技術[7]。

3.2 技術創新是發展的源動力

設備再精密、再先進也離不開人的設計和人的控制等，運動控制技術發展與應用都需要依靠人才。機械化實現從信息化向著智能化轉型，今后還將會有更加先進的層次出來，這都離不開人的發展和培養。發展的最直接方式就是創新，特別是技術領域的創新，創新是技術持續領先的必要性方式。運動控制技術更加如此，需要加強創新，在提高精密度與效率的同時，增強整個配套的能力。

4 結語

總之，機械工業自動化就是把現代電子信息技術和智能化技術作為載體，從而讓企業機械制造可以獲得又一次技術創新，實現自動化處理，可以在大幅度節省人力成本的同時，讓機械設備的生產效率也隨之提高。機械自動化當中所運用的運動控制新技術，讓機械工業生產水平獲得進一步提高，且生產效率和經濟效益都大幅度提升。運動控制技術的應用，是多項新型技術對傳統工業技術的革新，讓企業的競爭力和科學性都獲得提高。在提升各行業生產效率，降低能源消耗方面，都有著重要作用，可以推進國內機械制造行業朝著更好的方向前進。

參考文獻

[1] 段閃閃，劉曉光.機械工業自動化中的運動控制技術的運用研究[J].工程技術：文摘版，2019（8）：252.

[2] 潘琦，鄭淮棱.機械工業自動化中的運動控制技術的運用研究[J].山東工業技術，2019（16）：27.

[3] 徐曉龍.機械工業自動化中的運動控制新技術[J].科學與財富，2019（2）：72.

[4] 王浩田.淺析機械工業自動化中運動控制新技術的應用[J].軍民兩用技術與產品，2018（14）：232.

[5] 王明強，逄明輝，呂春全.機械自動化中的運動控制新技術的應用探討[J].名城繪，2018（9）：410.

[6] 呂燕.工業自動化運動控制技術的運用[J].電子技術與軟件工程，2019（17）：109-110.

[7] 王英臣.PLC技術的工業自動化控制研究[J].科學技術創新，2020（18）：151-152.

收稿日期：2021-02-10

作者簡介：王天宇，男，河北石家莊人，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。

Application of Motion Control Technology in Automation of Machinery Industry

WANG Tianyu

（North China University of Technology，? Shijiazhuang? Hebei? 050031）

Abstract： In the context of the continuous advancement of modern science and technology， traditional industries have been further optimized and developed under the influence of high technology. Under the influence of this environment， the traditional industry of mechanical work has slowly carried out a large-scale technical reform of mechatronics. Because of the rapid development of electronic computer technology， electronic power technology， and sensor technology， mechatronics products in various countries continue to emerge. Motion control technology is an important part of mechatronics， and it has also achieved better development at present. The article focuses on the computer controller technology， the fully closed loop AC servo drive technology， the linear motor drive technology and the motion control card technology many symbolic new technologies， and then prospects for the future development direction.

Keywords：mechatronics; machinery industry automation; motion control technology