选型指南 2026.06.03

三种运动模式的选型

什么时候用哪种 — 影院震动、振动谱、HIL 试验各自的适用边界

彦控技术中心

运动规划工程

一、三种模式一句话区分

运动模式，指的是平台的运动轨迹”从哪里来、怎么产生”。彦控平台支持三类基础运动模式：公式运动让平台按数学函数实时计算并执行，路径点给出若干关键位姿、由平台平滑插补连接，PT 时间同步则由上位机按时间连续推送轨迹、平台逐帧跟随。

三种模式的区别只有一句话——运动轨迹从哪里来：平台按函数自己算、预设关键帧插补，还是上位机实时喂。

它们不是彦控独有的概念，而是运动控制行业三种成熟的轨迹生成方式，只是换了名字。选型的关键，是把项目的运动内容对上正确的模式——下面这张对应表，也是后面几章的索引：

模式	轨迹来源	行业对应概念	适合的运动内容
公式运动	平台按函数自己算	谐波 / 函数发生	有数学规律的周期运动（正弦摆动、扫频）
路径点	预设关键位姿 + 插补	点位运动（PTP）	事先定好的固定轨迹（标定、对位、动作编排）
PT 时间同步	上位机按时间推流	PVT 流 / 时域波形再现（TWR）	外部实时产生的任意轨迹（道路谱、HIL、VR）

二、公式驱动的运动

公式运动，是把 6 个自由度的目标值各自写成时间 t 的函数，平台按公式实时计算位姿并执行。它对应运动控制里最经典的一类轨迹生成方式——谐波 / 函数发生（function generation），用解析函数直接合成运动。这也是三种模式里链路最短的一种：上位机只设几个参数，剩下的由平台自己算、自己跑。

x(t) = 0
y(t) = 0
z(t) = 200
α(t) = 5 * cos(2π * 0.5 * t)
β(t) = 5 * sin(2π * 0.5 * t)
γ(t) = 0

上面这组公式让平台做一个俯仰与滚转耦合的圆锥摆动，频率 0.5 Hz、振幅 5°，正是 4D 影院里常见的”船舶倾斜”效果。

适合公式运动的，是有数学规律的周期性运动：影院与文旅的海浪、地震、过山车效果，几条 sin / cos 就能写出来；高校课程里用它直观演示每个自由度的独立性；做基础测试时用扫频正弦快速验证平台的带宽与跟随性。

不适合的是无规律的真实信号。真实道路谱、海况谱没有解析表达式，公式写不出来；需要和外部系统严格对齐起点时间的场合，公式也难以精确同步。这两类应交给 PT 模式。

三、路径点与平滑插补

路径点模式，是给出一串”目标位姿 + 速度”关键帧，由平台用平滑曲线把它们连接起来，自动处理速度衔接和加减速。它对应运动控制里的点位运动（PTP，Point-to-Point），适合走一条事先定好的空间轨迹。

位姿 1: x=0,   y=0,   z=200, 速度 50 mm/s
位姿 2: x=100, y=0,   z=200, 速度 100 mm/s
位姿 3: x=100, y=100, z=250, 速度 80 mm/s
位姿 4: x=0,   y=0,   z=200, 速度 50 mm/s   （回原点）

平台按顺序到达每个关键位姿，期间用 S 形曲线平滑加减速，全程无冲击。它适合需要走特定轨迹的标定、装配、对位，适合产线上反复执行的固定动作，也适合表演性的运动编排。

它的边界在于关键帧要提前定义，因此跟不了实时变化的外部信号；关键帧的粒度也到不了上百赫兹的高频振动。这两类同样交给后面两种模式。

四、PT 时间同步与外部推流

PT 时间同步模式，是上位机按固定时间间隔连续推送”时间戳 + 6 维位姿”，平台严格按时间戳执行。轨迹完全来自外部，平台只负责精确跟随——这是三种模式里最灵活、也最依赖数据流稳定的一种。

公式运动是”平台自己跑”，PT 是”上位机喂着跑”：前者链路简单、自洽，后者灵活，但对数据流稳定和时序要求更高。

t=0.000s  → 位姿 (0,   0,   200,   0,    0, 0)
t=0.001s  → 位姿 (0.5, 0.2, 200.1, 0.01, 0, 0)
t=0.002s  → 位姿 (1.1, 0.5, 200.3, 0.02, 0, 0)
...

这种模式在工业界有成熟的对应概念。在运动控制领域，它对应 PVT（Position-Velocity-Time）流式运动——控制器在相邻数据点之间做三阶插补，得到位置和速度都连续的轨迹。在振动试验领域，它对应时域波形再现（Time Waveform Replication, TWR，又称 Long Time History）——把现场录得的道路谱、海况谱、飞行数据逐帧回放到台架上。Crystal Instruments、Brüel & Kjær（HBK）、m+p international 等主流振动控制器都把 TWR 作为标准功能。

适合 PT 模式的，是那些轨迹由外部实时产生的场合：录好的电池包或整车振动谱回放，实时控制器逐帧算出位姿的 HIL 半实物仿真，游戏引擎渲染帧与平台运动帧严格锁定的 VR 同步，以及海况谱实时回放的波浪补偿训练。

它的前提是上位机能稳定持续地推流。一旦上位机卡顿或断流，平台就失去了轨迹来源；脱机演示这类没有上位机持续在线的场景也不适用。接入方式上，UDP 持续推流最常见，TCP 流式推送用于要求可靠送达的场合，WebSocket 则便于浏览器侧双向实时。

五、怎么选

选型其实只有两问：轨迹从哪来，再看有没有数学规律。

轨迹由上位机实时算出的，用 PT 时间同步；事先就能确定的，再看动作有没有明确数学规律：有规律（正弦、滚动曲线）用公式运动，无规律的任意位姿序列用路径点。是否需要和外部时间严格对齐，可以作为最后的复核——需要严格同步的，基本都会落到 PT 模式。

六、三种模式可以组合

实际项目里，三种模式往往混合使用，由控制器在内部统一调度、按流程平滑切换。一个典型的完整流程是这样的：

阶段	模式	作用
启动	路径点	从待机位平滑移动到工作位
运行	公式运动 + PT 流	公式跑基线震动，PT 叠加随机扰动
结束	路径点	平滑回到待机位

“选哪种模式”在很多项目里不是单选题，而是按运动内容把三种模式编排到启动、运行、结束的不同阶段。

具体怎么组合，由工程师根据运动需求和上位机能力配置。

参考资料

时域波形再现（Time Waveform Replication, TWR）：Crystal Instruments — Time Waveform Replication。把实测时域波形在振动台上逐点复现，是主流振动控制器的标准功能。
PVT（Position-Velocity-Time）流式运动：Hepeng Ni 等，Velocity planning method for position–velocity–time control，2022。控制器在相邻「位置, 速度, 时间」数据点之间做三阶插补，得到位置与速度都连续的轨迹。