通用运动控制技术现状、发展及其应用 

摘要：运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键

 

技术。

    运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作
为核心处理器的运动控制器，发展到了基于 PC 总线的以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器
的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发
展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。基于网络的开
放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高
速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用 DSP 的计算能力，进行复杂的运动
规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更
高、速度更快、运动更加平稳；充分利用 DSP 和 FPGA 技术，使系统的结构更加开放，根
据用户的应用要求进行客制化的重组，设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的两

 

大方向。

    

 

通用运动控制技术的发展现状

    

 

运动控制起源于早期的伺服控制 (Servomechanism)。简单地说，运动控制就是对机械运

动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数
进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控(CNC)技术、机器人技术(Robotics)和工
厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，
往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其
他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行(Stand-alone)的运动控制器。这类控
制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要
求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用 RS232
或者 DNC 方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其
特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用
户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。通用运动控制器的发展成为市场的必然

 

需求。

    由国家组织的开放式运动控制系统的研究始于 1987 年，美国空军在美国政府资助下发

“

表了著名的 NGC(下一代控制器)

”

研究计划 ，该计划首先提出了开放体系结构控制器的

“

概念，这个计划的重要内容之一便是提出了 开放系统体系结构标准规格 (OSACA)”。自
1996 年开始，美国几个大的科研机构对 NGC 计划分别发表了相应的研究内容[3]，如在

“

美国海军支持下，美国国际标准研究院提出了 EMC(增强型机床控制器)”；由美国通用、

“

福特和克莱斯勒三大汽车公司提出和研制了 OMAC(开放式、模块化体系结构控制器)”, 其
目的是用更开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加具有柔性、更加敏捷。该计划启动

“

后不久便公布了一个名为 OMAC APT”

 

的规范，并促成了一系列相关研究项目的运行。

    通用运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支，在 20 世纪 90 年代，国际上发达
国家，例如美国进入快速发展的阶段。由于有强劲市场需求的推动，通用运动控制技术发
展迅速，应用广泛。近年来，随着通用运动控制技术的不断进步和完善，通用运动控制器
作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并且它已经