更多的运动发展，过去20年

电子运动和电机控制已经像大多数技术一样，在一系列的进化步骤中取得了进步。这个过程从概念到原型再到产品，随着新方法或工具的出现而不断改进和完善。应用经验也是一名好老师。各种电机和运动控制的发展涵盖了主要文章“电子运动控制，过去和现在，”出现在控制工程的60周年纪念特刊，2014年9月。在过去20年的新发展是讨论在这个在线扩展(2的4)的主要文章。

变速驱动

变速驱动器(vsd)从进化中受益。早期的交流驱动器只提供开环(V/Hz)控制，但现代VSD设计也可以将矢量控制变体(如无传感器矢量和闭环磁通矢量)和伺服控制纳入同一单元，可通过软件选择。由此产生的控制永磁(PM)同步或无刷直流电机以及交流感应电机的能力扩大了这些驱动器的应用范围。

这种方法的一个早期的例子是控制技术有限公司的Unidrive，“通用”交流驱动，纳入这种能力时，在1995年推出(参考32;参考资料在另一篇文章中提供(链接如下)。Unidrive M是该产品线于2013年推出的最新版本。Unidrive M系列(M800)的顶级型号在驱动器中集成了机器控制器，并使用具有IEC 61131‐3编程语言的CoDeSys编程环境。以太网TCP/IP用于同步机器轴和通过工厂网络进行通信。《控制技术》艾默生工业自动化公司。所有引用的参考文献出现在在线扩展4(参考文献4)。

另一个多模式驱动产品是MoviDriveSEW-Eurodrive，被制造商称为单轴“伺服逆变器”。MoviDrive有两个功率范围和电源电压:在200-240 V交流时1.5-37 kW和在380-500 V交流输入时0.55-160 kW。

还有其他的电机拓扑结构可以合并到一个VSD设计中，但在经济上可能不合理。根据产品介绍的不同战略目标，并非所有驱动器制造商都选择通用驱动器方法。

小型化

电子集成帮助运动控制组件继续缩小尺寸。典型的例子是板级伺服控制器和放大器以及超小型交流vsd(或所谓的微驱动器)。

最近的4轴伺服驱动器添加(AMP-43540)来自加里运动控制是封装在公司的4轴运动控制器(DMC-4040或-4143)，以节省成本，空间和布线相比，外部驱动器的安排。四个跨导PWM放大器为驱动无刷伺服电机提供正弦换向。该驱动器具有自动初始化换相，不需要霍尔效应传感器(参考文献33)。开关频率为33khz。控制器和驱动器的组合尺寸为8.1 x 7.3 x 1.7英寸。(206 x 185 x 43 mm)——如图1照片(右)所示。左边显示的是8轴版本。

早在20年前就有了一种相关的微型放大器，这表明电子集成技术的进步是可能的。在线扩展3(参考3)中的照片显示了对位。

微驱动器为适当的应用提供了低成本的解决方案，减少了驱动器功能。尽管如此，市场上的一些型号还是具有相当显著的功能(参考文献34)。微驱动器的功率范围总是受到解释，但一度4千瓦是一个任意的限制。如下面的例子所示，这一数字正在被超越。

在20世纪90年代，驱动器制造商之间就VSD的最小物理尺寸展开了激烈的竞争(参见35)。有些型号的额定功率高达0.75 kW，小到足以容纳手掌(图2照片)或技术人员的工作服口袋。这是一个很好的宣传，但不是一个实际的安装位置。

今天的交流微型驱动器的样本包括以下内容。

• 自动化直接GS2系列具有½-3马力(0.37-2.2千瓦)额定值在230 V交流输入，三相(3-ph)。其他系列型号具有更高的输入电压和功率高达10马力;也¼-2马力在110伏(1-ph输入)。
• ABB ACS150提供0.37-4 kW输出，200-480 V供电选项(3-ph)和200-240 V供电选项(1-ph)。一种较小的ACS型号(1-ph输入)可供选择，还有三种更大的ACS型号，额定功率高达30千瓦，仍被ABB归类为“微型驱动器”。
• 罗克韦尔自动化PowerFlex 4M在240 V输入时提供0.2-7.5 kW输出。型号具有较低和较高的功率/电压额定值。

上述驱动器的大致尺寸约为7 × 4 × 5.5英寸。(高x宽x深)。

芯片控制

对于一些运动应用，特别是在低功耗要求下，基于芯片的控制成为一种选择。与运动板方法相比，芯片级控制器提供更小的物理尺寸和更低的系统成本(布线，功耗等)(参考文献36)。然而，实现需要放大器卡、主机和软件工具。用户专业知识也很有帮助。

与直接向芯片制造商购买相比，带有板载运动处理器的现成芯片减少了软件任务。运动芯片提供了许多功能，包括网络连接，并且可以从不同的公司获得特定或多个电机拓扑。下面是两个例子;参考文献37讨论了其他几个运动硅供应商和产品。

Performance Motion Devices Inc.(PMD)提供麦哲伦MC58000系列运动处理器芯片，用于控制1、2、3和4轴版本的有刷直流、无刷直流、微步进和脉冲/方向电机。电机类型和轴数是软件可选择的。各种轮廓模式，如s曲线和速度轮廓，是用户可选择的，以及几个先进的伺服回路补偿功能。

cSpin单片机数字运动控制器来自意法半导体适用于在微步控制下运行的2相步进电机。一个芯片做所有的计算，控制和接口功能，而不需要额外的电机控制软件。cSpin为电机的功率级提供片上栅极驱动电路，并包括共振避免功能。

集成的安全

在生产机械和自动化系统中集成安全和运动控制功能是一个相对较新的发展。该计划旨在将这两种功能结合在一个系统中，而过去使用的是单独的安全和运动系统。其回报是简化机器操作和节省成本。

并非所有假定的“紧急情况”都需要完全关闭机器系统。然而，传统的安全系统要求完全去除电源，而不管所涉及的风险水平如何。其结果是不可避免的生产力损失。较新的方法是基于对机器系统的全面风险和可靠性评估，然后将其与防止伤害或伤害所需的机器停机程度相关联。当认为适当时，这允许在主电源打开的情况下安全访问机器。其好处是更容易设置和故障排除，并更快地返回到生产(参考文献38)。

在运动控制技术公司中，转向“安全运动”或“基于驱动的机器安全”或其他类似头衔的运动正在增长。嵌入安全运动功能的产品示例包括Bosch Rexroth的IndraDrive Mi;罗克韦尔自动化公司的Kinetix 5500伺服驱动器;施耐德电气lexum 32伺服驱动器;和Sinamics S120模块化驱动系统西门子．

技术协会同样支持安全运动方法。例如,ODVA最近宣布，“安全运动应用服务”将成为下一版CIP安全规范的一部分。当这些服务的一致性测试被添加到CIP安全，用户将能够部署网络运动控制系统使用以太网/IP和serco三世在需要安全运动功能的应用中，根据ODVA(参考文献39)。典型的功能包括安全扭矩关闭和安全限制位置(参考文献38)。

ODVA是一个促进工业自动化领域互操作信息和通信技术的国际协会。CIP安全是ODVA注册的通用工业协议(CIP)下的规范之一，被称为一个由各种网络技术共享的媒体独立平台。

运动控制的下一个十年看起来和前一个十年一样令人兴奋。

- Frank J. Bartos，体育博士控制工程贡献内容专家。打电话给他。braunbart@sbcglobal.net

在线额外

请参阅底部的四篇相关电机和运动控制文章，包括参考文献。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。