本帖最后由 grhr 于 2020-12-28 22:56 编辑
#申请原创# @21小跑堂 谈谈伺服控制系统——伺服系统的概念
毕业已经工作了四年了，读书期间一直到前几年，一直从事电机控制相关的工作。关于电机控制，网上的介绍资源太多了，随便搜索都有各路大神介绍的影子。当然，质量也不尽相同，有高有低。 这里，我结合这么多年的工作经验，给读者简单的分享一下我在这个领域的工作经验和感悟。从系统架构，到一些关键技术，做一些分享。
什么是伺服？
如果在百度搜“伺服”，可以看到百科的解释为： 百科讲的还蛮清楚的，但更直接的表达是“指哪跑哪”，言下之意，我让你动你就动，让你停就停。 这样解释好像还是很枯燥，举几个直观的例子， （1） 雷达：雷达在捕获相应的目标位置时，会跟随着目标的变化而不断转动，改变他的角度，这时候就由控制系统不断下发变化的位置目标，雷达的执行单元要能正确的执行到位。
（2） 机床/机械臂等：这种应用一般在流水线上，在生产加工时，比如要在一块钢板上画一个形状，在控制器中将这个形状的坐标位置输入给控制器，伺服系统需要很精确的执行，否则画的圆不圆，画的方块歪歪扭扭的，肯定不行。
（3） 医疗系统中的运动场景。这就更需要准确的运行了，举哥简单的例子，下图是CT，在做CT时首先要考虑的是控制精度，因为会直接影响成像效果。同时，不得不考虑的还有运动时病人的接受程度，运动过慢会影响成像速度，运动过快可能会让病人产生恐慌。
上述的解释，不知道有没有说清楚。
从技术层面上，伺服系统的实现还是有一定难度的。任何运动的物体，都是有惯性的，开车时，就算将刹车踩到底，车也不会立即停下来；同样，踩油门时，将油门踩到底，车也不会马上达到高速。而伺服系统作为执行单元，尽管也会有固有的惯性在里面，但需要通过一定的控制算法，尽可能按照运动指令去严格执行。这就是伺服最直接的技术点，即按照运动指令去执行。 运动指令的种类就比较多了，目前我接触过的有如下方式： （1）位置模式：即需要在指定的时间内到达指定的位置。这个过程一般会经历加速，匀速和减速过程，最终达到指定的位置。但对加速，匀速和减速的过程不太关心。就像下图中的两种方式都是ok的。
（2）速度模式：在某些应用场景下，对运动的速度也是有要求的。因为有时候不仅是一个维度的运动，一个大系统中有多个控制系统，为了避免撞到一起，就需要有些维度的运动在某些地方要快一些。
（3）插补模式：这个要求就更高，即让运动系统同时满足位置和速度要求，
经过上述分析，相信各位对需求层面就有了自己的了解了。但怎么实现呢？ 一般来说，伺服控制系统包括如下部分： 具体说来： （1）通信单元：主要目的是接收通信指令，然后解析指令，明白指令的意思。让控制器知道，如下灵魂三问：
（2）电机控制器：控制电机转动，让他转还是停，是加速还是减速。电机控制器是伺服控制系统的核心，所有高级的算法都在这里执行，对开发团队的软硬件能力要求较高。不过随着技术的不断成熟，慢慢的国内的伺服控制器的性能也在明显提升。下图中的一个个小盒子就是伺服驱动器，就是采集各种信号，实现电机控制。
（3）运动系统；真正的执行单元，伺服系统的运动不一定是旋转性质的，如果是直线运动，则需要转化单元，将电机的旋转转化为直线运动。例如下图中的这种结构。电机轴旋转以后，这个黑色的小滑块就是直线运动。
各种机械结构在设计时要做到安全可靠，最重要的是稳定。不管春夏秋冬，还是冷热交替，都能表现相同的机械特性。即便是电机偶尔短路几秒钟，或者是发生轻微的碰撞堵停了，工况恢复以后，还能正常性能。 （4）传感器：告诉电机控制器，外面的位置情况，电机的转动情况等。伺服系统的控制精度越高，越对传感器的精度要求提的就越高。传感器也要稳定，能可靠反应位置速度等信息，更能有效抗住外面的电磁干扰，不然一旦有了干扰，反馈的数据不对，那就麻烦了。我个人接触比较多的就是编码器了。可以使用它轴的转动，输出一些信号，进而反应运动的实际位置情况。
在后续的帖子中，我会就上述内容做专门的技术分享帖。
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