工控人時常會談及運動控制，在工業控制與自動化領域中，運動控制到底指的是什么呢？

電機控制與運動控制有何區別？

基本架構組成是怎樣的？

運動控制發展趨勢如何？

讓我們一起來了解一下！

工業控制主要分兩個方向，一個是運動控制，通常用于機械領域；另一個就是過程控制，通常使用于化工領域。而運動控制指的是一種起源于早期的伺服系統，基于電動機的控制，以實現物體對角位移、轉矩、轉速等等物理量改變的控制。

電機控制與運動控制

在上面的定義中，有提到電機控制，但電機控制和運動控制是不同的。

從關注點來說，電機控制(這里指伺服電機）主要關注的是控制單個電機的轉距、速度、位置中的一個或多個參數達到給定值。而運動控制主要關注點在于協調多個電機，完成指定的運動（合成軌跡、合成速度），比較著重軌跡規劃、速度規劃、運動學轉換；比如數控機床里面要協調XYZ軸電機，完成插補動作。

電機控制常常作為運動控制系統的一個環節（通常是電流環，工作在力矩模式下），更著重于對電機的控制，一般包括位置控制、速度控制、轉矩控制三個控制環，一般沒有規劃的能力（有部分驅動器有簡單的位置和速度規劃能力）。

運動控制往往是針對產品而言的，包含機械、軟件、電氣等模塊，例如機器人、無人機、運動平臺等等，是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理，使其按照預期的運動軌跡和規定的運動參數進行運動的一種控制。

兩者有部分內容是重合的：位置環/速度環/轉距環可以在電機的驅動器中實現，也可以在運動控制器中實現，因此兩個屬于容易混淆。

基本架構組成

一個運動控制系統的基本架構組成包括：

運動控制器：用以生成軌跡點（期望輸出）和閉合位置反饋環。許多控制器也可以在內部閉合一個速度環。

運動控制器主要分為三類，分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運動控制器在電子、EMS等行業被廣泛應用；專用控制器的代表行業是風電、光伏、機器人、成型機械等等；PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業備受青睞。

驅動或放大器：用以將來自運動控制器的控制信號（通常是速度或扭矩信號）轉換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進的智能化驅動可以自身閉合位置環和速度環，以獲得更精確的控制。

執行器：如液壓泵、氣缸、線性執行機或電機，用以輸出運動。

反饋傳感器：如光電編碼器、旋轉變壓器或霍爾效應設備等，用以反饋執行器的位置到位置控制器，以實現和位置控制環的閉合。

眾多機械部件用以將執行器的運動形式轉換為期望的運動形式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯軸器以及線性和旋轉軸承。

從運動控制器看運動控制

運動控制的出現更加促進機電控制的解決方案，比如以前凸輪和齒輪都需要機械結構實現，現在可以使用電子凸輪、電子齒輪來實現，消除了機械實現過程的回程、摩擦和磨損等。

成熟的運動控制產品不僅僅需要提供路徑規劃、前瞻控制、運動協調、插補、運動學正逆解和驅動電機的指令輸出等，還需要具備工程配置軟件（如SIMOTION的SCOUT）、語法解釋器（不僅是指自己的語言，而且包括IEC-61131-3的PLC語言支持）、簡單的PLC功能、PID控制算法實現、HMI交互接口、故障診斷接口，高級的運動控制器還能夠實現安全控制等。

運動控制之發展趨勢

就運動控制器來說，隨著行業應用的擴展，中國運動控制市場逐漸成熟，在機床、雕刻機、半導體、工業機器人、EMS、物料搬運等多數下游機械行業均取得不錯的發展。尤其在鋰電池、工業機器人、半導體、EMS等行業，歐美和日本運動控制廠商表現突出，擁有較強的綜合競爭優勢。

由于運動控制的目標，是要完成生產線流程制造產品，在中間的運動控制過程，其實并不是最最重要，反而是如何能正確實時的達到要求，才是最重要的功能；加上現在各種產品精細度要求愈來愈高，對制程要求也愈來愈嚴苛，而運動控制講究實時與精準，要達到最佳化，就得整合各種相關技術，這樣的整合被視為難度最高的控制技術。

專用控制器在一段時間內仍將是工業機器人行業主要的運動控制器類型。半導體行業PC-Based運動控制市場發展穩定，增速在17%左右。物流行業對機器視覺功能的需求增加，導致PC-Based比例也逐步增加。在傳統印刷機械上仍然以PLC運動控制器為主，PC-Based運動控制器的應用剛剛起步，在新興的數碼印刷機械上使用較多，未來將小幅增長。

審核編輯：湯梓紅