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本帖最后由 寂静回声 于 2026-1-23 13:45 编辑
这里是把8爷关于电机细分的一段论述作为提问:
步进电机的细分和伺服电机的细分是不是的,步进电机因为没有反馈是纯粹走脉冲,走一步震动很大,为了避免震动,把每一步细分,震动就小一些。
而编码器是把线数再细分,就是一种“假高精度”,伺服是把曲线分成非常微小的段。
解释一下。
豆包大模型的回答
你的理解方向是对的,但存在两个关键误区:步进电机的细分是 “电流驱动细分”,伺服电机不存在和步进同源的 “细分” 概念,你提到的编码器细分是 “电子插值细分”,伺服的高精度运动是闭环控制 + 轨迹规划的结果,而非 “曲线分段”。
下面从原理、目的、实现方式三个维度,把两者的核心区别讲清楚:
一、 步进电机的细分:开环下的电流阶梯控制,核心是 “减震动、提分辨率”
步进电机的基本步距角是由定子相数、转子齿数决定的固有机械特性,比如两相混合式步进电机的基本步距角通常是 1.8°,意味着接收 1 个脉冲,转子转动 1.8°。
整步驱动的问题
整步模式下,定子绕组的电流是 “通 / 断” 或 “正 / 反” 的突变状态,转子会在电磁力矩的作用下快速 “跳” 到目标位置,这个过程会产生明显的冲击震动和噪音,而且步距角固定,分辨率无法满足高精度场景。
细分驱动的本质
细分驱动的核心是对定子绕组的电流进行 “阶梯式渐变控制”。
比如 8 细分,就是把 1 个整步对应的电流变化,分成 8 个连续的小阶梯。转子不再是 “跳一步”,而是在每个电流阶梯下,缓慢转动一个微小的角度,最终完成 1 个基本步距角的转动。
从效果上看:细分后,脉冲当量变小(1.8°/8=0.225°/ 脉冲),分辨率提升;电流渐变替代突变,冲击震动大幅降低。
从控制逻辑看:全程是开环控制,驱动器只按设定的细分倍数分配脉冲和电流,不关心转子是否真的转到了目标位置,存在丢步、失步的可能。
二、 伺服电机的两个关键概念:编码器电子细分 + 闭环轨迹规划
伺服电机本身没有 “细分” 的说法,你提到的 “编码器细分” 和 “曲线分段”,是两个完全不同的技术点,二者结合实现了伺服的高精度、平滑运动。
1. 编码器的电子插值细分:不是 “假高精度”,是 “反馈精度的提升”
伺服电机的编码器是闭环控制的核心反馈元件,其固有分辨率由 “线数” 决定(比如增量式编码器 1000 线)。
原始信号:编码器的 A、B 相信号是相位差 90° 的正弦波,而非方波。
电子细分(插值)的原理:编码器内部的专用芯片,对正弦波信号进行插值计算。比如把一个正弦周期分成 n 等份,从而得到比原始线数更多的脉冲数。
举例:1000 线编码器,通过 4 倍频(识别正弦波的上升沿、下降沿)得到 4000 脉冲 / 转;再通过 2 倍电子细分,就能得到 8000 脉冲 / 转。
关于 “假高精度” 的澄清:
这个细分不是 “假的”,而是基于物理信号的电子插值,精度取决于编码器原始信号的信噪比和插值算法。它的作用是让伺服驱动器获得更精细的位置反馈信号,相当于给闭环控制提供了一把 “更精准的标尺”,而非直接控制电机的转动步长。
2. 伺服的 “曲线分段”:是轨迹规划,核心是 “平滑运动、精准定位”
你说的 “把曲线分成非常微小的段”,对应的是伺服驱动器的轨迹规划功能(比如 S 曲线加减速),和编码器细分无关:
原理:上位机下发的目标位置指令,会被驱动器拆解成无数个 “微小位置段”,并为每个小段规划速度和加速度,让电机的转速从 0 平滑上升、再平滑下降,避免速度突变带来的冲击。
核心保障:闭环位置环控制。驱动器会实时对比 “指令位置” 和 “编码器反馈的实际位置”,通过 PID 算法动态调整电机的输出力矩,纠正位置偏差。哪怕电机负载变化,也能实时补偿,这是步进电机开环细分无法做到的。
文心5.0大模型的回答
您提到的“编码器是把线数再细分,就是一种‘假高精度’,伺服是把曲线分成非常微小的段”这个观点需要修正和深化。伺服的“细分”概念与步进完全不同,它建立在强大的闭环控制之上。
核心:编码器与闭环反馈
伺服电机的精度根本上取决于编码器的精度。编码器是安装在电机轴上的高精度传感器,它能实时反馈电机转轴的确切位置、速度和方向。例如,一个17位的绝对值编码器,一圈可以产生2^17 = 131,072个不同的位置信号,分辨率高达0.0027°。这才是伺服高精度的基石。
驱动器每时每刻都在进行比较:“控制器指令的目标位置” vs “编码器反馈的实际位置”。一旦有偏差(哪怕是极微小的),驱动器会立即调整输出给电机的电流和电压,直到偏差为零。这就是闭环控制。
“把曲线分成非常微小的段”的真正含义
您这个描述非常形象,但需要精确化。这不仅仅是“分段”,而是三环PID控制的综合结果:
电流环(最内环):控制电机的转矩。驱动器精确控制U/V/W三相的电流,使其也呈正弦波变化(类似步进的细分驱动,但更动态、更精准),保证输出力矩的平滑和稳定。
速度环(中间环):根据编码器反馈的速度,与目标速度比较,调整电流环的输出,确保速度稳定。
位置环(最外环):根据编码器反馈的位置,与目标位置比较,调整速度环的设定,确保最终位置的精确。
所以,伺服电机在运动时,驱动器是根据编码器的实时反馈,以极高的频率(通常几千到几万次/秒)动态调整三相电流,从而实现对电机转矩、速度和位置的连续、精确控制。它不是简单地把一条曲线分段,而是实时地、动态地去“拟合”和“修正”运动轨迹。
关于“假高精度”的辨析
伺服的精度不是“假”的。因为有编码器的实时反馈和闭环修正,伺服电机可以消除因负载变化、温度漂移、电压波动等引起的误差。它的高精度是有保障的、可重复的。
如果编码器精度不够,或者机械传动部分(如丝杠、齿轮)有间隙和误差,那么整个系统的精度确实会下降。但这不是伺服电机本身的问题,而是系统匹配问题。在高精度应用中,甚至会使用“直线电机”或“直接驱动电机(DD马达)”来消除机械传动误差,配合高线数编码器,实现亚微米级的定位精度。
智谱大模型的回答
光电编码器的刻线(比如2500线/圈)是物理结构:
每一圈里有多少条透光/遮光条纹,就是线数。
对方波输出(A/B两相)来说,4倍频是标准的数字逻辑:一个物理线可以产生4个计数边沿(A上升、A下降、B上升、B下降),所以2500线×4 = 10000脉冲/圈的计数分辨率。
对模拟正弦/余弦输出的编码器:
A/B是两路模拟1Vpp正弦信号,相差90°;
驱动/控制器可以做“插值/细分”(比如×5、×10、×20甚至更高),用ADC采样模拟信号,再计算电角度,相当于在物理刻线之间电子地“插值出”更多虚拟刻线;
这样分辨率可以做到很高(比如17位、20位甚至更高),这些就是很多人口中的“细分”“乘法因子”。
这类细分是在“位置测量”的层面上提高分辨率,而且是在有反馈的前提下使用。它确实让“数值上更细”,但只要编码器本身的机械和光学质量够好,并不是“假高精度”,而是“真实的检测分辨率提升”。
Deepseek v3.2的回答
您说的“伺服是把曲线分成非常微小的段”完全正确,这正是伺服驱动器内部轨迹规划和控制环计算的过程。但这个过程是建立在高精度位置反馈的基础之上的闭环动态调整,这与步进电机开环的、固定的电流细分有本质区别。伺服系统的精度是“真高精度”,因为它有“眼睛”(编码器)在不断确认和修正。
千问大模型的回答
步进电机细分
原理:步进电机是开环控制系统,没有位置反馈。细分技术通过改变驱动器输出的电流波形,将一个基本步距角(如1.8°)电气分割成多个微小步进。
目的:主要是减少低速运行时的振动和噪音,改善运行平稳性,提高分辨率。
本质:是一种驱动技术优化,不增加绝对精度,只是让运动更平滑。
限制:虽然可以做到1/256细分,但没有反馈系统,实际定位精度仍受机械特性和负载影响。
伺服系统相关技术
编码器信号细分/倍频:
通过电子电路对编码器原始信号进行插值处理
例如:2500线编码器通过4倍频可达到10000脉冲/转
这确实是一种"提高分辨率"而非绝对精度的方法,可称为"假高精度"
伺服控制中的轨迹规划:
伺服系统将运动轨迹分解为微小线段,通过高速闭环控制精确跟踪
依靠编码器反馈实时调整,确保跟随精度
这不是简单的"细分",而是完整的闭环控制算法
Gemini3的回答
While they might seem similar because both result in "smaller movements," the subdivision in a stepper motor and the interpolation in a servo motor are **fundamentally different** in how they work and what they are trying to achieve.
Think of it this way: a stepper motor is trying to **manufacture** smooth movement from a jerky source, while a servo motor is using high-resolution data to **constantly correct** its path.
### 1. Stepper Motor: Microstepping (Subdividing the Drive)
In a standard stepper motor, the rotor moves in fixed "steps" (usually per step). If you move one step at a time, the motor "snaps" to the next position, which causes the vibration and noise you mentioned.
* **How it works:** Instead of turning a coil fully ON or OFF, the driver sends a specific ratio of current to two coils simultaneously (forming a sine/cosine wave). This creates a magnetic field at an intermediate position.
* **The Goal:** Smoothness and noise reduction.
* **The Reality:** Microstepping increases **resolution** (the ability to command a small movement), but it does not necessarily increase **accuracy**. Because there is no feedback, the motor can't "know" if it actually reached that exact microstep; friction or load might keep it slightly off-target.
### 2. Encoder Interpolation: "False High Precision"?
You mentioned that encoders "subdivide the number of lines," which you called "false high precision." You are actually hitting on a very important distinction in engineering: **Resolution vs. Accuracy.**
* **Resolution:** This is how many "dots" or "counts" the encoder can see. If an encoder has 2,500 physical lines, the electronics can "interpolate" (using quadrature or sine/cosine signals) to see 10,000 or even 1,000,000 counts per revolution.
* **Is it "false"?** Not exactly. High resolution is required for the servo's **PID loop** (the "brain") to stay stable. If the resolution is too low, the motor will "hunt" back and forth because it can't find its exact position.
* **The catch:** Higher resolution doesn't make the physical glass disk inside the encoder more accurate. If the lines were printed slightly off-center at the factory, the motor will be "precisely" in the wrong place.
### 3. Servo Motor: Dividing the Curve
A servo motor doesn't just move from point A to point B in steps. It follows a **Trajectory Profile**.
* **Segmenting:** The motion controller breaks your desired movement into thousands of tiny segments per second. At every segment, the drive asks the encoder: *"Where are we right now?"*
* **Correction:** If the motor is even a fraction of a millimeter off the "curve," the drive increases the current to force it back on track.
* **Vibration:** Unlike a stepper, which vibrates because of its mechanical "snapping," a servo only vibrates if its "gain" (tuning) is set incorrectly, causing it to over-correct its position too aggressively.
为什么说Gemini3把国产大模型枪挑于马下的,就是下面这句话。
The catch: Higher resolution doesn't make the physical glass disk inside the encoder more accurate. If the lines were printed slightly off-center at the factory, the motor will be "precisely" in the wrong place.
关于伺服是把曲线分成非常微小的段,Gemini3是这么解释的。
Segmenting: The motion controller breaks your desired movement into thousands of tiny segments per second. At every segment, the drive asks the encoder: "Where are we right now?"
把这两个关键点同时解释明白的,就只有GEmini3和千问大模型。
但是换个问题,比如问大模型中空旋转平台怎么回事时,千问大模型会说:
中空旋转平台的电机与中空轴之间的传动方式并不单一,具体取决于设计类型和制造商。一般来说,有以下几种常见传动方式:
齿轮传动:确实有许多中空旋转平台采用特殊设计的齿轮系统,如行星齿轮结构或交叉滚子齿轮,这种设计可以在保持中心通孔的同时实现精确传动。
谐波减速器:为了获得高精度和高刚性,部分中空旋转平台使用谐波减速器,这也属于一种特殊的齿轮传动形式。
同步带传动:有些设计采用电机通过同步带驱动中空轴,这种方式可以减少振动和噪音。
直接驱动:高端的中空旋转平台可能采用力矩电机直接连接中空轴,省去中间传动机构,提高精度和响应速度。
而且其它国产大模型也是这么回答的,仿佛是照抄同一份资料。
关键是只照抄,根本不知对错。
齿轮传动和谐波齿轮传动那TM是并列的分类吗?
把转子变成中空轴,是有那种机构,那叫无框力矩电机,而不是TMD中空旋转平台。
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