什麼是嵌入式運動控製？

 

“嵌入式運動控製”這個術語指的是在一個設備中包含精確電機控製、gaoxingnengjisuandegaodujichengshebei，erqietongchanghaibaohantongxingongneng。tashiqianrushijisuanfazhandexiayigejieduan，qianrushijisuanshiyuershishijiqishiniandai，dangshi，dichengbendanxinpianweikongzhiqidewenshishidezhinengkeyiqianrudaoyiqieshiwuzhong，baokuoweibolu、兒童玩具、收銀機和醫療器械。現代汽車享有的大部分效率增益都是由嵌入式計算實現的。

 

大約二十年後，互聯網
、無線數據和更高水平的矽集成的興起將嵌入式連接引入日常物品中
，如體重秤、健康監視器和家庭娛樂設備。嵌入式連接還應用到了部分機動消費產品中，例如Roomba 清潔機器人。不幸的是，彼此分離的微控製器 (MCU)
、電dian機ji控kong製zhi器qi和he模mo擬ni電dian機ji驅qu動dong組zu件jian的de成cheng本ben高gao昂ang，且qie開kai發fa電dian機ji控kong製zhi軟ruan件jian十shi分fen複fu雜za，這zhe意yi味wei著zhe聯lian網wang的de運yun動dong控kong製zhi技ji術shu隻zhi能neng主zhu要yao用yong於yu製zhi造zao自zi動dong化hua和he其qi他ta工gong業ye應ying用yong。

 

由you於yu集ji成cheng程cheng度du的de不bu斷duan加jia深shen，運yun動dong控kong製zhi平ping台tai組zu件jian的de成cheng本ben和he數shu量liang降jiang低di至zhi隻zhi需xu要yao通tong用yong微wei程cheng序xu控kong製zhi器qi和he少shao量liang模mo擬ni組zu件jian即ji可ke實shi現xian完wan整zheng解jie決jue方fang案an的de程cheng度du（圖 1）。

 

【圖 1：帶dai外wai部bu微wei程cheng序xu控kong製zhi器qi的de集ji成cheng電dian機ji控kong製zhi解jie決jue方fang案an。在zai軟ruan件jian中zhong進jin一yi步bu集ji成cheng運yun動dong控kong製zhi要yao求qiu不bu僅jin可ke以yi實shi現xian更geng小xiao的de電dian子zi器qi件jian，還hai能neng將jiang需xu要yao大da量liang實shi時shi運yun算suan的de工gong作zuo從congMCU解放出來。】

 

最近，嵌入式運動控製器已經問世，它將這些功能與強大的微程序控製器集成（圖 2）。zaidabufenqingkuangxia，pianshangchuliqiyouzugoudejisuannenglizhichijingquekongzhiyigehuoduogedianjisuoxudefuzasuanfa。zaixuduoqingkuangxia，zhexieshebeihaibaokuoyitaiwang
、控製器局域網路(CAN) 總線或其他用於物聯網通信的接口。對於功率較低的應用，甚至可以在單個封裝中包含驅動中等規模步進器、無刷 PMM (BLDC/BLAC) 或其他類型電機所需的最終輸出級。還可以對微程序控製器進行編程，以驅動其他類型的運動發生設備，如直線驅動器和音圈。

 

【圖 2：嵌入式運動控製設備在一個封裝內集成了高性能嵌入式處理、功能和電機驅動電路一單個器件內。許多嵌入式控製器還包含能用於實施分布式控製係統和支持物聯網/工業物聯網運行的通信功能。】

 

為了加速開發，這些控製器通常有開源庫支持
，開源庫為設計人員提供了可以通過標準API 調用的豐富功能集。這些庫通常包含幾個常用電機控製模式（轉矩
、速率和位置）的算法，還包括扭矩控製

，即磁場定向控製 (FOC) 以及運動模式（位置
、速率和扭矩）的算法。

 

應用

 

1 醫療產品

 

醫yi療liao器qi械xie是shi嵌qian入ru式shi運yun動dong控kong製zhi技ji術shu正zheng在zai改gai變bian產chan品pin功gong能neng和he安an全quan性xing預yu期qi的de首shou要yao市shi場chang之zhi一yi。例li如ru，輸shu液ye泵beng必bi須xu為wei患huan者zhe提ti供gong精jing確que測ce量liang的de穩wen定ding藥yao液ye流liu。帶dai物wu聯lian網wang功gong能neng的de嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi支zhi持chi在zai患huan者zhe床chuang邊bian或huo通tong過guo集ji中zhong管guan理li的de應ying用yong程cheng序xu對dui這zhe些xie泵beng進jin行xing編bian程cheng和he監jian控kong。同tong樣yang
，可ke穿chuan戴dai胰yi島dao素su泵beng和he其qi他ta個ge人ren給gei藥yao設she備bei中zhong使shi用yong的de支zhi持chi物wu聯lian網wang的de控kong製zhi器qi能neng夠gou在zai支zhi持chi自zi主zhu運yun行xing的de同tong時shi將jiang患huan者zhe的de健jian康kang指zhi標biao實shi時shi提ti供gong給gei雲yun端duan的de分fen析xi應ying用yong程cheng序xu。

 

【圖 3：嵌入式運用控製技術將為個人醫療設備帶來更高的準確性、便利性和安全性。】

 

2 工業產品

 

工業自動化在嵌入式運動控製技術的早期就已獲益。低成本、緊(jin)湊(cou)的(de)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)安(an)裝(zhuang)在(zai)附(fu)近(jin)，甚(shen)至(zhi)內(nei)置(zhi)在(zai)電(dian)機(ji)或(huo)驅(qu)動(dong)器(qi)。每(mei)個(ge)模(mo)塊(kuai)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)控(kong)製(zhi)器(qi)在(zai)本(ben)地(di)執(zhi)行(xing)大(da)多(duo)數(shu)基(ji)本(ben)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)
，創(chuang)建(jian)一(yi)個(ge)分(fen)布(bu)式(shi)控(kong)製(zhi)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)

，使(shi)智(zhi)能(neng)接(jie)近(jin)於(yu)將(jiang)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)為(wei)運(yun)動(dong)的(de)位(wei)置(zhi)。這(zhe)一(yi)特(te)點(dian)和(he)控(kong)製(zhi)器(qi)監(jian)控(kong)和(he)記(ji)錄(lu)電(dian)機(ji)生(sheng)命(ming)跡(ji)象(xiang)的(de)能(neng)力(li)能(neng)夠(gou)讓(rang)嵌(qian)入(ru)式(shi)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)響(xiang)應(ying)能(neng)力(li)更(geng)強(qiang)
，同(tong)時(shi)以(yi)更(geng)低(di)的(de)價(jia)格(ge)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)速(su)度(du)和(he)準(zhun)確(que)性(xing)。

 

qianrushiyundongkongzhiqihainengshishijianshihejiludianjijiqiqudongdejixiedeyunxingzhuangkuang，tigaotamenyingduiguzhanghuojingbaotiaojiandesudu，zaibufenqingkuangxia，hainengyucewenti，yimianzaochengchanpinquexianhuochengbengaoangdedangji。jiandandishuo，zhebaokuochixugenzongmeigezujianyidongdecishubingjiangqiyujihuaduizhao，yiquedingshifoujinxingtiaozheng、更geng換huan零ling件jian和he其qi他ta例li行xing維wei護hu。此ci技ji術shu可ke以yi與yu從cong電dian機ji中zhong收shou集ji的de信xin息xi相xiang結jie合he，查zha找zhao機ji器qi某mou些xie部bu位wei過guo度du摩mo擦ca的de早zao期qi跡ji象xiang

，這zhe些xie過guo度du摩mo擦ca可ke能neng很hen快kuai就jiu會hui引yin起qi更geng加jia嚴yan重zhong
、代價更高的問題。

 

在(zai)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong)，控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)支(zhi)持(chi)通(tong)過(guo)本(ben)地(di)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)服(fu)務(wu)器(qi)跨(kua)局(ju)域(yu)網(wang)或(huo)通(tong)過(guo)雲(yun)端(duan)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)跨(kua)工(gong)業(ye)物(wu)聯(lian)網(wang)輕(qing)鬆(song)監(jian)視(shi)和(he)控(kong)製(zhi)機(ji)器(qi)。

 

3 消費產品

 

高度的矽集成及其帶來的嵌入式運動控製組件的成本降低正在促使這一技術走入越來越多的消費品市場新應用中。

 

部分示例如下：

 

●     高gao性xing能neng的de智zhi能neng電dian動dong自zi行xing車che和he電dian動dong踏ta板ban車che，它ta們men更geng加jia經jing濟ji且qie能neng使shi用yong控kong製zhi器qi將jiang輸shu出chu驅qu動dong波bo與yu電dian機ji和he所suo承cheng受shou負fu載zai細xi致zhi匹pi配pei從cong而er更geng好hao地di利li用yong電dian池chi。

●     物聯網連接的智能家居，其特點是可以有效地遠程控製活動通風孔

、百葉窗、監控攝像機和電器。

●     配備了智能電機驅動器的3D 打印機
，驅動器使用複雜的波形算法提供更快的速度和更高的打印準確性

，同時動態降低產生的噪音。

●     個人機器人，其硬件外圍設備中嵌入了時序要求嚴格的功能，使得處理器可以供 AI 和用戶界麵使用。

 

 

結論

 

嵌入式運動控製技術正在使數據轉化為運動的過程變得比以往更加簡單、更加具有成本效益。在此過程中，它能幫助現有產品變得更好，讓新類別的產品成為可能。

 

來源：TRINAMIC電機驅動控製係統，作者：Corné Bekkers

 

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