1 、通用運動控制技術的發展現狀         運動控制起源于早期的伺服控制 (Servomechanism)。簡單地說，運動控制就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。早期的運動控制技術主要是伴隨著數控（CNC）技術、機器人技術（Robotics）和工廠自動化技術的發展而發展的。早期的運動控制器實際上是可以獨立運行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統支持，可以獨立完成運動控制功能、工藝技術要求的其他功能和人機交互功能。這類控制器可以成為獨立運行（Stand-alone）的運動控制器。這類控制器主要針對專門的數控機械和其他自動化設備而設計，往往已根據應用行業的工藝要求設計了相關的功能，用戶只需要按照其協議要求編寫應用加工代碼文件，利用RS232或者DNC 方式傳輸到控制器，控制器即可完成相關的動作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業應用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協議，用戶不能根據應用要求而重組自己的運動控制系統。通用運動控制器的發展成為市場的必然需求。         由國家組織的開放式運動控制系統的研究始于1987 年，美國空軍在美國政府資助下發表了著名的“NGC（下一代控制器）研究計劃”，該計劃首先提出了開放體系結構控制器的概念，這個計劃的重要內容之一便是提出了“開放系統體系結構標準規格(OSACA)”。自1996年開始，美國幾個大的科研機構對NGC 計劃分別發表了相應的研究內容[3]，如在美國海軍支持下，美國國際標準研究院提出了“EMC（增強型機床控制器）”；由美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司提出和研制了“OMAC（開放式、模塊化體系結構控制器）”，其目的是用更開放、更加模塊化的控制結構使制造系統更加具有柔性、更加敏捷。該計劃啟動后不久便公布了一個名為“OMAC APT”的規范，并促成了一系列相關研究項目的運行。         通用運動控制技術作為自動化技術的一個重要分支，在20 世紀90 年代，國際上發達國家，例如美國進入快速發展的階段。由于有強勁市場需求的推動，通用運動控制技術發展迅速，應用廣泛。近年來，隨著通用運動控制技術的不斷進步和完善，通用運動控制器作為一個獨立的工業自動化控制類產品，已經被越來越多的產業領域接受，并且它已經達到一個引人矚目的市場規模。根據ARC 近期的一份研究，世界通用運動控制（General MotionControl GMC）市場已超過40 億美元，并且有望在未來5 年內綜合增長率達到6.3％。           目前，通用運動控制器從結構上主要分為如下三大類： ⑴ 基于計算機標準總線的運動控制器，它是把具有開放體系結構，獨立于計算機的運動控制器與計算機相結合構成。這種運動控制器大都采用DSP 或微機芯片作為CPU，可完成運動規劃、高速實時插補、伺服濾波控制和伺服驅動、外部I/O 之間的標準化通用接口功能，它開放的函數庫可供用戶根據不同的需求，在DOS 或WINDOWS 等平臺下自行開發應用軟件，組成各種控制系統。如美國Deltatau 公司的PMAC 多軸運動控制器和固高科技（深圳）有限公司的GT 系列運動控制器產品等。目前這種運動控制器是市場上的主流產品。 ⑵ Soft 型開放式運動控制器，它提供給用戶最大的靈活性，它的運動控制軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I/O 之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡、CDROM 和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWS 平臺和其他操作系統的支持下，利用開放的運動控制內核，開發所需的控制功能，構成各種類型的高性能運動控制系統，從而提供給用戶更多的選擇和靈活性。基于Soft 型開放式運動控制器開發的典型產品有美國MDSI 公司的Open CNC、德國PA（Power Automation）公司的PA8000NT。美國Soft SERVO 公司的基于網絡的運動控制器和固高科技（深圳）有限公司的GO 系列運動控制器產品等。Soft 型開放式運動控制的特點是開發、制造成本相對較低，能夠給予系統集成商和開發商更加個性化的開發平臺。 ⑶ 嵌入式結構的運動控制器，這種運動控制器是把計算機嵌入到運動控制器中的一種產品，它能夠獨立運行。運動控制器與計算機之間的通信依然是靠計算機總線，實質上是基于總線結構的運動控制器的一種變種。對于標準總線的計算機模塊，這種產品采用了更加可靠的總線連接方式（采用針式連接器），更加適合工業應用。在使用中，采用如工業以太網、RS485、SERCOS、PROFIBUS 等現場網絡通信接口聯接上級計算機或控制面板。嵌入式的運動控制器也可配置軟盤和硬盤驅動器，甚至可以通過Internet進行遠程診斷。例如美國ADEPT 公司的SmartController，固高科技公司的GU 嵌入式運動控制平臺系列產品等。         我國在運動控制器產品開發方面相對落后，1999 年固高科技（深圳）有限公司在深圳成立，她是國內第一家專業開發、生產開放式運動控制器產品的公司。其后，國內又有其他幾家公司進入該領域，但實際上，大多是在國內推廣國外生產的運動控制器產品，真正進行自主開發的公司較少。“八五”期間，我國廣大科研工作者也成功開發了兩種數控平臺和華中Ⅰ型、藍天Ⅰ型、航天Ⅰ型、中華Ⅰ型等4 種基本系統，這些系統采用模塊化，嵌入式的軟、硬件結構。其中以華中Ⅰ型較具代表性，它采用工業PC 機上插接口卡的結構，運行在DOS 平臺上，具有較好的模塊化、層次化特征，具有一定擴展和伸縮性。但從整體來說這些系統是數控系統，不是獨立的開放式運動控制器產品。目前，我國是世界上經濟發展最快的國家，市場上新設備的控制需求、傳統設備技術升級、換代對運動控制器的市場需求越來越大。另外由于市場日益競爭的壓力，系統集成商和設備制造商要求運動控制系統向開放式方向發展。同時，經濟型數控市場占有率正在逐漸減小。在這樣的形勢下，我國可以抓住這一機遇，研制出具有自主知識產權，具有高水平、高質量、高可靠性的開放式運動控制器產品。 2、 通用運動控制器在國內的應用及發展           自20 世紀80 年代初期，通用運動控制器已經開始在國外多個行業應用，尤其是在微電子行業的應用更加廣泛。而當時運動控制器在我國的應用規模和行業面很小，國內也沒有廠商開發出通用的運動控制器產品。1999 年，固高科技（深圳）有限公司開始從事專業開發、生產開放式運動控制器產品。 目前，國內的運動控制器生產廠商提供的產品大致可以分為三類： ⑴ 以單片機或微處理器作為核心的運動控制器，這類運動控制器速度較慢，精度不高，成本相對較低。在一些只需要低速點位運動控制和對軌跡要求不高的輪廓運動控制場合應用。 ⑵ 以專用芯片（ASIC）作為核心處理器的運動控制器，這類運動控制器結構比較簡單，但這類運動控制器大多數只能輸出脈沖信號，工作于開環控制方式。這類控制器對單軸的點位控制場合是基本滿足要求的，但對于要求多軸協調運動和高速軌跡插補控制的設備，這類運動控制器不能滿足要求。由于這類控制器不能提供連續插補功能，也沒有前瞻功能（Look ahead），特別是對于大量的小線段連續運動的場合，如模具雕刻，不能使用這類控制器。另外，由于硬件資源的限制，這類控制器的圓弧插補算法通常都采用逐點比較法，這樣一來圓弧插補的精度也不高。 ⑶ 基于PC 總線的以DSP 和FPGA 作為核心處理器的開放式運動控制器。這類開放式運動控制器以DSP 芯片作為運動控制器的核心處理器，以PC 機作為信息處理平臺，運動控制器以插卡形式嵌入PC 機，即“PC 運動控制器”的模式。這樣將PC 機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動軌跡控制能力有機地結合在一起，具有信息處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。這類運動控制器充分利用了DSP 的高速數據處理功能和FPGA 的超強邏輯處理能力，便于設計出功能完善、性能優越的運動控制器。這類運動控制器通常都能提供板上的多軸協調運動控制與復雜的運動軌跡規劃、實時的插補運算、誤差補償、伺服濾波算法，能夠實現閉環控制。由于采用FPGA 技術來進行硬件設計，方便運動控制器供應商根據客戶的特殊工藝要求和技術要求進行個性化的定制，形成獨特的產品。          以上第一類運動控制器由于其性能的限制，在市場上所占份額較少，主要應用于一些單軸簡單運動的場合，往往還面臨同PLC 廠商提供的定位控制模塊的激烈競爭。第二類運動控制器因其結構簡單、成本較低，占有一定的市場份額，但由于其專用芯片（ASIC）能提供運動控制的基本功能，用戶可以利用該芯片設計專用的控制器而分薄了這類運動控制器的市場份額。第三類運動控制器是目前國類運動控制器產品的主流，目前國外開放式運動控制器產品已經開始大量進入中國；固高科技（深圳）有限公司相繼開發出GO、GT、GH 和GU 系列基于DSP 的開放式運動控制器產品，有近150 個品種可供用戶選擇；應用也從傳統的機床數控擴展到了如激光加工、服裝、紡織、印<< span="">