運動控制技術問世已久，以往的架構都相當單純，不過隨著應用領域的逐漸寬廣，其架構也日益多元，不同領域也有不同形式的運動控制技術相對應，就目前來看，將運動控制可以分成三種形式：

1.點位運動控制：這種運動控制的特點是僅對終點位置有要求，與運動的中間過程及運動軌跡無關，相應的運動控制器要求具有快速的定位速度，在運動的加速段和減速段，採用不同的加減速控制策略，在加速運動時，為使系統能夠快速加速到設定速度，往往會提高系統增益和加大加速度，在減速的末段採用S曲線減速的控制策略，為防止系統到位後震動，規劃到位後，又會適當減小系統的增益，因此點位運動控制器往往具有線上可變控制參數和可變加減速曲線的能力。

圖1 : 泛用運動控制器的應用不但簡化了機械結構，同時也簡化了生產技術。(Source: Bernard and Company)

2.連續軌跡運動控制：又稱為輪廓控制，主要應用在傳統的數控系統、切割系統的運動輪廓控制，相應的運動控制器主要是解決系統在高速運動的情況下，既要保證系統加工的輪廓精度，還要保證刀具沿輪廓運動時的切向速度的恒定，對小線段加工時，有多段程式預處理功能。

圖2 : 泛用運動控制器多提供對衝擊、加速度和速度等這些可影響動態軌跡精度的量值加以限制的運動規劃方法。(Source: motion control tips)

3.同步運動控制：此類控制是指多個軸之間的運動協調控制，包括多個軸在運動全程中進行同步，還有運動過程中的局部速度同步，主要應用在需要有電子齒輪箱和電子凸輪功能的系統控制中，多應用於印染、印刷、造紙、軋鋼、同步剪切等行業，這些產業相應的運動控制器的控制演算法，常採用自適應前饋控制，通過自動調節控制量的幅值和相位，來保證在輸入端加一個與干擾幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制週期干擾，保證系統的同步控制，從市場的應用情況回饋來看，按照不同的運動特點和行業應用進行產品開發和市場推廣，將具有一定的優勢。

多面相控制技術

運動控制設備不但在傳統的機械數控行業應用廣泛，

新興的電子製造與資訊產品的製造業中，也有不可替代的地位。

對於週期性、多頻擾動常見的控制方法則有四種：

1.學習控制：這是透過重複的試運行來形成目標輸入，從而在有限時間內產生所需輸出的方法，此類控制法被視為對目標輸入的逆系統進行反復生成的方法。

2.自適應前饋控制：透過自動調節控制量的幅值和相位，來保證在輸入端加一個與干擾幅值相等、相位相反的控制作用，以抑制週期干擾。

3.內模控制：將干擾模型包含在回饋環內，控制器的設計主要選擇適當的傳遞函數，使閉環系統穩定，且具有期望的輸入、輸出性能，以抑制週期性干擾。這種方法還可處理多頻干擾問題。

4.重複控制：採用內模原理，透過建立重複補償器和穩定化補償器，使系統具有內部穩定性，進而抑制週期性干擾，由於運動控制器的應用範圍越來越廣泛，為適應新的應用、特定環境和物件，不斷有新的運動規劃、多軸插補和控制濾波演算法出現。

電腦標準匯流排的運動控制器未來仍是市場的主流，

而網路型態的嵌入式運動控制器發展更將備受重視。

運動控制設備不但在傳統的機械數控行業應用廣泛，新興的電子製造與資訊產品的製造業中，也有不可替代的地位，泛用運動控制技術已逐步發展成為高度整合的技術，不但包含泛用的多軸速度、位置控制技術，而且與應用系統的工藝條件和技術要求緊密相關，事實上，應用系統的技術要求，特別在單一產業的技術要求，也刺激出運動控制器的功能的發展，泛用運動控制器的多數功能，都與工藝技術要求密切相關，泛用運動控制器的應用不但簡化了機械結構，同時也簡化了生產技術。

泛用運動控制功能

泛用運動控制器的主要效益，來自於廣泛應用於各類產業時，運動功能所回饋的各項數據，包括運動速度與位置的基準量，透過這些數據，使用者找到合適的基準量，進而改善軌跡精度，同時降低對傳動系統以及機械傳遞元件的要求。

SOM和SOC技術的精進，嵌入式PC運動控制器發展相當快速，

嵌入式運動控制器產品可易於使用在PC開發應用系統。

泛用運動控制器多提供對衝擊、加速度和速度等這些可影響動態軌跡精度的量值加以限制的運動規劃方法，用戶可直接調用相應的函數，包括對加速度進行限制的運動規劃產生梯形速度曲線，與對衝擊進行限制的運動規劃產生S形速度曲線，對數控機床來說，一般採用加速度和速度基準量限制的運動規劃方法，就足已獲得良好的動態特性，對高加速度、小行程運動的快速定位系統如PCB鑽床、SMT等，其定位時間和超調量都有嚴格的要求，往往需要高階導數連續的運動規劃方法。

第二是多軸插補、連續插補功能，泛用運動控制器提供的多軸插補功能，在數控機械行業應用相當廣泛，近年來，由於雕刻機市場(特別是模具雕刻機市場)的蓬勃，加速了運動控制器的連續插補技術發展，由於模具雕刻中存在大量的短小線段加工，段間加工速度波動要求越來越小，速度的變化的拐點要平滑過渡，此一要求運動控制器由速度前瞻與連續插補的功能。

第三為電子齒輪與電子凸輪功能，此功能不但可大幅地簡化機械設計，而且可以實現多數機械齒輪與凸輪難以達到的功能，電子齒輪可以讓多個運動軸按設定的齒輪比同步運動，這使得運動控制器在定長剪切(fixed-length cutting)和無軸傳動的套色印刷方面有理想的應用，另外電子齒輪功能還可以使特定運動軸以設定的齒輪比跟隨特定函數，而這個函數由其他的幾個運動軸的運動決定；一個軸也可以以設定的比例跟隨其他兩個軸的合成速度，如工業縫紉機和絎縫機的應用中，Z軸（縫線軸）可以跟隨XY 軸（移動軸）的合成速度，從而使縫針腳距均勻，電子凸輪功能可以透過編程改變凸輪形狀，無需修磨機械凸輪，大幅簡化工序，此一功能讓運動控制器在機械凸輪的淬火加工、異型玻璃切割和全電機驅動彈簧機等領域應用更為理想。

第四為比較輸出功能，這是指在運動過程中，位置到達設定的座標點時，運動控制器輸出一個或多個開關量，而運動過程不受影響，如在AOI 的飛行檢測（Flying inspection）中，運動控制器的比較輸出功能使系統運行到設定的位置即啟動CCD快速攝影，而運動並不受影響，大幅提高效率，並改善圖像品質如鐳射雕刻應用。

最後則是探針信號鎖存功能，此功能可以鎖存探針信號產生的時刻，各運動軸的位置，其精度只與硬體電路相關，不受軟體和系統運動慣性的影響，在CMM 測量行業有良好的應用。

PC Based運動控制優缺點

另外，越來越多的OEM 廠商希望將他們本身的垂直產業應用經驗整合到運動控制中，針對不同的應用環境和控制物件，客製化設計運動控制器的功能，這種泛用運動控制器應用開發平台，其運動控制器具有真正面向物件的開放式控制結構和系統重構能力，用戶可將自己設計的控制演算法，載入運動控制器的記憶體，無需改變控制系統的結構設計，就可以重新構造一個特殊用途的專用運動控制器，電腦標準匯流排的運動控制器未來仍是市場的主流，而網路型態的嵌入式運動控制器發展更將備受重視。

使用電腦標準匯流排的泛用運動控制器主要是板卡結構，採用的匯流排大都為ISA、PCI。由於其應用依附於泛用PC 電腦平台，從工業控制的角度來看，這種運動控制器的優缺點如下：

圖3 : 嵌入式PC 的運動控制平台具有標準PC 的介面功能，用戶不需要再購買工業PC 就可組成所需系統。 (Source: Industrial-IP)

優點包括1.硬體組成簡單，把運動控制器插入PC 匯流排，連接信號線就可組成系統，2.可使用PC技術已經具有的豐富軟體進行開發，3.運動控制軟體的代碼泛用性和可攜性較好，，可以進行開發工作的工程人員較多，不需要太多培訓工作，就可以進行開發。

缺點則有1.採用板卡結構的運動控制器採用金手指連接，單邊固定，在多數環境較差的工業現場(振動，粉塵，油污嚴重)，不適宜長期工作。2.整體可靠性難以保證，由於PC的選擇可以是工控機，也可以是商用機，系統整合後，可靠性差異相當大，並不是由運動控制器能保證的，3.難以突出產業特點，不同產業、不同設備其控制面板均有不同的特色和個性。

嵌入式前景看俏

不過就這幾年的發展來看，PC Based運動控制領域已發展出嵌入式PC 運動控制器，此一架構可克服以上缺點，其市場前景看俏，由於SOM（system on module）和SOC（system on chip）技術的精進，嵌入式PC 運動控制器發展相當快速，嵌入式運動控制器產品可易於使用在PC開發應用系統，不須更動就可直接應用，對使用者而言，僅需開發跟其具體專案有關、相對獨立的人機介面即可，由於嵌入式PC 的運動控制平台具有標準PC 的介面功能，用戶不需要再購買工業PC 就可組成所需系統，這種嵌入式運動控制器既提高了整個系統的可靠性，有時系統更加簡潔和高度整合化。

圖4 : 隨著工業現場網路匯流排技術的發展，網路架構的運動控制器的發展加速，並已經開始應用於多軸同步控制中。(Source:prweb)

隨著工業現場網路匯流排技術的發展，網路架構的運動控制器的發展加速，並已經開始應用於多軸同步控制中，越來越多的傳統機械軸同步系統，開始採用網路運動電機軸控制，以減少系統維護並增加系統彈性。

因應不同特殊市場需求，部份其他的專用運動控制系統也越來越多，像是圖像伺服控制的專用運動控制器，力伺服的專用運動控制器等，根據用戶應用要求進行客製化的重構，設計出客製化運動控制器已成為市場應用的重要方向。

刊頭來源：(Source: starfish)