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多轴运动控制器

1、运动控制器概述

随着现代控制技术的提高，运动控制器的出现在某种意义上满

足了新型数控系统的标准化、开放性的要求，为各种工业设备、国防

设备以及智能医疗装置的自动化控制系统的研制和改造提供一个统

一的硬件平台。整体而言，运动控制器是一种控制装置，其核心为中

央逻辑控制单元,敏感元件一般为传感器，控制对象为电机或动力装

置和执行单元。目前，大多数的运动控制器是一种基于PC机或工业

PC机的上位控制单元，多用于控制步进电机或伺服电机，在控制过

程中，控制器可以完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的

输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等）。一般地，

控制器都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自

行开发，从而构造所需的控制系统。

图1给出典型的PC+运动控制器组成的开放式控制系统的简图：

一般地，运动控制器发送运动控制指令到伺服驱动器，由伺服驱动器

驱动伺服电机运行，再通过伺服电机上的编码器反馈信号返回至运动

控制器，至此，整个运动控制系统实现运动控制器的闭环控制。

图1典型的Pc+运动控制器组成的开放式控制系统的

2、运动控制器国内外研究现状

在20世纪90年代,国际发达国家就已经相继推出运动控制器产

品，包括美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器，英国TRIO公

司的PCI208多轴运动控制器以及德国MOVTEC公司开发的DEC4T运

动控制器等。近年来，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类

产品，已经被越来越多的工业领域所接受。目前，由这些发达国家研

制的运动控制器已开始在机器人控制、半导体加工、飞行模拟器等新

兴行业得到了很大的应用，其在传统的机床控制领域所占的市场份额

也在不断的扩大。

我国在运动控制器产品开发方面相对滞后，1999年固高科技有

限公司开始开发、生产开放式运动控制器，随后，国内又有其它几家

公司进入该领域，但实际上，其大多是在国内推广国外生产的运动控

制器产品，真正进行自主开发的公司较少。深圳固高、深圳摩信是国

内较早（20世纪90年代晚期）从事独立开放式运动控制器的厂家，

推出了一些通用的运动控制器。如固高的GT系列运动控制器、摩信

的MCT8000系列运动控制器；长沙力鼎科技有限公司的MC系列3

轴模拟电压控制/编码器反馈型运动控制器，4轴有/无反馈脉冲输出

型运动控制器；南京顺康数码科技有限公司的MC6014A使用了带插

补功能、可以控制4个电机的DSP运动控制芯片，适用于PC机ISA

总线的线路板；成都步进机电有限公司的MPC01和MPC02系列3轴

步进或数字式伺服控制运动控制器。

目前，我国作为世界上经济发展最快的国家之一，市场上新设备

的控制需求、传统设备技术升级和换代对运动控制器的市场需求越来

越大，在这样的形势下,研制出具有自主知识产权的高水平、高可靠

性的开放式运动控制器，突破发达国家对我国的技术壁垒，实现运动

控制器的国产化显得尤为重要。

3、运动控制器分类

目前市场上可以看到的运动控制器依据不同的原则有不同的分

类。按照运动控制器的核心技术方案，主要有基于模拟电路型、基于

微控制单元型、基于可编程逻辑型、基于数字信号处理（DSP）型等；

按照运动控制器的系统结构，可分为基于总线的运动控制器和独立应

用的运动控制器以及混合型的运动控制器；按照位置控制原理，可以

分为开环、半闭环和闭环三种基本的控制方案；按照被控量的性质和

运动控制方式，可以分为位置控制、速度和加速度控制、同步控制、

力和力矩控制。

而国内的运动控制器生产厂商提供的产品大致可以分为三类：

（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器，这类运动控

制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。在一些只需要低速点位运

动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。

（2）以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器，这类运动

控制器结构比较简单，大多数工作于开环控制方式，基本满足于对单

轴的点位控制。但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，

这类运动控制器不能够提供连续插补功能，很难满足要求。

（3）基于PC总线的以DSP和FPGA为核心处理器的开放式运动

控制器。近年来，DSP以其功能强、速度快、编程和开发方便等优点，

在多轴运动控制