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1  前言

    在大多數制造業的生產流程中，運動控制占有非常重要的地位，很多的機器、設備，包括半導體、光電產業設備，或者是傳統機械產業的車床、銑床、CNC（數控加工中心）整合加工機具等，都包含運動控制的模塊。
    在PC采取開放式架構以及價格優勢下，一些專業領域的專家，開發了很多能在PC-Based上應用的控制卡，希望能為PC-Based用戶提供解決性方案。而近年來，由于影像視覺的辨識技術逐漸成熟，運動視覺解決方案對搭配運動控制技術的需求也越來越明顯。這些技術的進步促使整個工業產業的應用層面更為豐富。更多的設備開發商，可以選擇使用開放架構的PC和操作系統作為控制用的平臺，因此更多的核心開發技術可以掌握在開發者手中，再加上價格優于其它解決方案，因此具備了很強的競爭優勢。
在運動控制方面，大致可以歸納出幾項運動所需要的控制軌跡：
    (1)  點對點運動（Point-to-Point）：
    單軸的運用，通過運動控制卡的指令集，控制單軸由A點運動到B點，所以又稱為點對點運動；
    (2) 補間運動（Interpolation）：
    補間運動通常可以分為線性補間及圓弧補間運動。線性通常可以由兩軸以上構成，而圓弧補間運動則由兩軸構成，形成一個多維或二維的運動軌跡。通常補間運動可以用于連續軌跡的運動控制，例如雕刻或是鞋模等等。補間運動的解析決定了軌跡運動的控制精度；
    (3) 螺線型運動：
    由二維的圓弧運動和垂直軸的線性運動組合而成，多用于工具機的應用中；
    (4) 多軸同時運動或是同時停止：
    控制兩個以上的運動軸做PTP的同時運動，或是同時停止；
    (5) 同步運動控制：
    通過運動控制卡的絕對同步性，可以使多軸的運動依照一定的時間順序準確控制，也可以通過條件設定使得軸與軸之間可以依據相互關系而運動。通常這種方式的控制必須采用串行式的運動控制器才能達成，由于串行式控制器與馬達驅動器有特定的通信協議，彼此之間可以依據運作的時鐘，來實現絕對運動的控制。

    如圖5中所示，若不利用程序運動控制技術，那么運動指令在操作系統中傳遞所造成的時間差，將使其無法進行同步運動控制。因此，程序運動控制的精神在于將用戶需要做到同步運動的控制軸編成程序代碼后，下載至DSP中做運算，DSP會依據串行式運動的數據更新周期時間，完成過程控制。其觀念可以參考圖6。

4  程序運動控制的優點

    對需要實時性控制的產業應用者，過程控制技術的優點如下：
    (1)  一般的無同步機制的控制卡，各軸之間的控制為獨立關系，如果要進行主軸(Master Axis)與從軸(Slave Axis)的應用，那些解決方案是無法達到這種精確控制需求的。唯有利用串行式運動控制技術，彼此間依照通信協議的固定時鐘，才能依照基本時鐘進行同步控制。
    (2)  除串行式控制技術外，DSP的加入可以讓用戶有更多的彈性加入到過程控制的流程，可程序化的優點讓用戶不需要通過操作系統的非實時性而造成指令延遲。可以充分利用串行式控制的實時性，而達到多軸同步控制的應用。
    (3)  在過程控制中，用戶可以自由選擇各軸間的同步關系，例如決定了主軸運動之后，從軸可以依據主軸的位置、運動速度或是外部的數字信號作為同步觸發信號，亦可以實現動態位置補償的功能，使得主從軸可以在時間上完美搭配。
    (4)  過程控制的控制權在DSP上，所以可以大幅減少CPU的系統負擔，減少通過操作系統傳遞運動指令所造成的時間延遲，增進往復性的控制效能。

5  結語

    運動控制的技術日新月異，不論是ASIC或是DSP為核心的運動控制卡，均有其優缺點。在高端應用上，對于控制的實時性要求會是一個新趨勢，串行式的通信技術加上DSP的運動控制，程序運動控制的技術將可以讓用戶在精密機械的控制中，提升控制精度與效能，縮短往復性運動的周期時間，進而增加機器設備的生產產能。