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随想录（单片机和步进电机学习笔记）

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随想录（单片机和步进电机学习笔记）

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费晓行 2020-10-31 21:48:10 articleReadEyes.png 269
分类专栏： 随想录

【 声明：版权所有，欢迎转载，请勿用于商业用途。  联系信箱：feixiaoxing @163.com】

    在学校的时候，虽然也学过过程控制，但自己对控制的理解并不深刻。直到后来有机会了解了电机，才发现电机控制才是工业生产的重要组成部分。在此过程中，找时间学习了一下，并且结合之前的单片机知识，收获很多。

1、步进电机和伺服电机

    步进电机主要用于低速、负载比较低的场景，而伺服电机则相反。此外，在控制精度和时间上，伺服电机的优势也很明显。步进电机开环控制较多，不带编码器，而伺服电机大部分都带编码器。

2、完整的控制系统是什么样的

    以cnc加工，也就是数控来说，一般由上位机、控制器、驱动器、步进电机这么几部分组成。上位机，也就是pc发送G指令要求。控制器收到要求后，开始进行插值、速度规划、pwm分配、定时输出等操作。等到定时中断产生时，发出pwm到驱动器。驱动器收到pwm后，通过内部的算法解算，直接输出模拟信号，控制电机。

3、是否一定要步进电机驱动器

    如果只是速度控制，很多情况并不需要驱动器，只要一颗电机驱动ic即可，比如L298n。而如果是需要位置控制的话，那么基本上都需要配置电机驱动器。

4、控制器的作用是什么

    控制器的部分主要是将上位机的操作指令转换成pwm方波信号。这中间最重要的部分就是速度规划，不能太慢，也不能太快。市面上既有单独的控制器出售，也有独立的运动控制卡贩卖，可以根据需要自己灵活决定。

5、上位机做什么

    上位机的作用就是将客户的需求，分解成具体的子命令，也可以称之为路径规划。比如，如果是写字机器人，那么就要根据图像识别算法，将一个汉字拆分成若干个G命令，比如画一条斜线、画一个圆弧，这就是上位机的工作。至于下位机怎么执行分解下的每一个动作，这就不是上位机所要关注的了。

6、plc的位置

    plc主要用来做控制器的部分。如果不是特别复杂的运动控制，或者只是一个方向的控制，那么完全可以由plc来执行控制器的部分。plc自身集成了gpio口、pwm口、串口等很多接口，使用起来也很方便。

7、单片机可以做什么

    单片机可以做控制器，也可以做驱动器，根据自己的实际需求来定。目前学术上面比较喜欢研究驱动器和电机，而实际生产中对控制器比较关注。对于定制程度比较高的控制场景，用单片机做运动控制还是很不错的。当然，如果嫌麻烦，那就移植开源代码好了。

8、开源的运动控制代码

    grbl就不错。

9、涉及到的单片机技术

    运动控制的单片机和其他单片机差不多，只不过要求算力更高一点、对pwm控制精准一点。常用的开关、pwm、串口、复位，这些都是少不了的。此外，软件中的rtos、定时中断、控制算法解算、状态机转换、传感器采样、数值滤波、配置加载、数据存储，这些也是非常必要的。另外，通常为了更好地开发，也会匹配一个串口、或者带网络收发的pc上位机软件，可以实时监控单片机的运行情况。

10、运动控制和电机控制的区别

    运动控制主要是上层控制算法，主要目的就是将客户的需求转换成不同的pwm值，并且在不同的周期输出。电机控制，比较注重底层，需要了解电机本身等很多知识。就运动控制来说，除了机械加工，还有机械手臂（需要减速器）、agv、雕刻机、无人机等等，都有很多的应用场景。

    电机使用的地方非常多，如果有可能，可以自己购买一块单片机开发板，再购买一些驱动器和电机，多做做实验，相信会有更多的收获。


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