通过电机和运动控制使自动化更加智能

曾敏

越来越低的生产成本，推动了无刷直流电机的广泛使用和普及，尤其是当消费类无人机和电动自行车的引入，导致了无刷直流电机的大规模生产，在此之前，无刷直流电机曾一度只在高端工业中使用。随着即插即用模块在硬件上提供磁场定向控制或矢量控制，一度复杂的伺服驱动器的开发变得更加容易。即便伺服驱动器并被广泛应用于医疗和保健设备中，我们仍不应该忘记步进电机。

许多工程师认为步进电机不如伺服驱动器。但是，步进电机控制已经从简单的“无需调谐”控制方案取得了长足的进步。步进电机不仅仅只应用在某些简单的应用里，越来越多的依赖于高扭矩和低速的高端应用也由步进电机驱动，比如从实验室自动化到半导体处理，从3D打印再到4K监控摄像头，这些应用要求工程师能够使用无需额外变速箱的驱动系统。没有变速箱意味着更少的磨损、更少的噪音和更低的开销。

虽然步进电机提供了低成本的鲁棒性和精度，但仍有噪音、振动，以及并不是很节能的缺点，但其驱动程序一点也不复杂；同时，微步操作与先进的电流斩波器和电压斩波器相结合，允许步进电机使用自适应电流进行平稳、无噪声的操作；再加上诊断功能和no hunting（即在静止状态下完全没有运动），你可以轻松拥有一个实现完美的运动控制应用程序的业界领先的解决方案。对于需要闭环操作的应用，你只需要添加一个编码器，它可以是一个作为一个位置传感器的霍尔组件，这样，你就拥有了一个没有变速箱的完整的伺服驱动器！

就像电机控制在过去二十年里发生了变化一样，开发应用程序的工程师的要求也在进步。今天，每个工程师都想使他们设计具备独特之处，而不是开发一个看似复杂的驱动系统。简约的外形设计、直观的用户界面、实时功能、功能安全性以及与云的数据收集和共享是工程师们新的关注点。坦率地说，工程师可能会认为电机和运动控制是阻碍了他的构想，所以他们更需要开发工具套件直接跨越这些障碍。

但是，用开发工具支持马达并不是那么容易。原因很简单：每个马达都是不同的。电机参数不同，极数不同，反馈系统（如果有的话）也不同，电机可能需要针对特定的应用进行优化和微调，以及外部接口的多样性。因此，通常由带有特殊电机控制库的微控制器和通用驱动板组成的“一刀切”解决方案将不起作用。

作为ADI的一部分，Trinamic提供了广泛的开发板作为模块化评估系统的一部分，并在系统支持软件、工具和向导程序上进行了大量的投入。这些开发板帮助工程师快速设置一个原型应用程序，并尝试不同的设置，微调驱动系统。一旦这些设置条件得到满足，代码就可以很容易地用C编译和导出，以便在它们自己的固件中直接使用。Trinamic的开发板是经过MIT认证的开源设计，工程师可以免费使用这些资源。

电机和运动控制未来的第一个大趋势是日益增加的复杂性导致系统更加智能化，需要系统实时做出决定，数据需要在源位置收集并在云中共享。第二个大趋势是功能安全，使机器人可以与人类并肩工作，既可以是协作机器人，也可以是独立的机器人，可以是拾取和放置装置，也可以是吸尘器。为了实现这些趋势，就需要工程师开发新的硬件，将处理器从实时关键任务中解放出来，使之实现更多的诊断、预测性维护和人工智能，并实现功能安全。