百由工场
对软件在电机应用中的一点思考 2021年
鲁义明 2021.5

  一、电机的主要应用

  电机应用主要有三个方面,个人、家庭应用(如电动剃须刀,无人机,家电,汽车等),商业应用(如电梯,卡车、轮船,一般工厂加工设备等),数控机床(高精度加工设备)。


  二、电机控制技术

  这三个应用中,电机的控制技术难度都有高有低。个人的无人机里面的电机控制,自动驾驶汽车里面的电机控制,大型高速生产车间的电机控制(如高速轧钢),以及几乎所有的数控机床,等等,都是电机高技术控制的应用。这些技术难度高的应用,都在引领电机电机的发展、控制电路的发展,以及控制软件的发展。


  三、电机控制的基本功能

  5G之前的三种应用里面的电机控制(电路板和软件),主要用于实现包含电机的具体产品的功能。比如家电抽油烟机就是启动/停止功能,把油烟排出去。制衣厂的电动缝纫机就是在人工操作之下进行缝制。数控机床是按设定的操作步骤,把工件加工出来。


  四、5G时代的新人机交互

  包含电机的产品,在5G时代增加了联网电路、SIM卡和软件后,具备了在线能力,可以被更复杂地控制,比如家电可以被语音控制、被手机控制等。商业用的电机产品具备了被远程控制、被统一大规模生产调度等功能。数控机床也增强了参与柔性制造的能力。

  但这部分,除了有刷电机升级到无刷电机所必须进行的电机控制升级外,电机本身的控制,包括电路板(芯片、器件)和软件,并没有大的升级。只不过是对电机启停的工作控制,从电机角度看,“多了一块工作状态控制以及通讯电路板(芯片、接口电路、传感器),以及其上的软件(负责状态控制、人机交互和通讯)”。

  电机控制电路板及其软件,与工作电路板及其软件,可以是各自独立分开的,在小型应用中,也可以合在一块电路板上,但各自的芯片与软件,应该尽量分离,各自单独运行。


  五、5G时代的机器智能

  包含电机的产品,除了增加人工交互能力,还可以在工作方面独自完成更智能的工作。如在家电方面,可以通过厨房滑轨机械臂完成炒菜做饭洗碗等功能。汽车的完全自动驾驶。工业制造厂可以实现“熄灯”工厂,完全由机器自动生产,不需要人工参与。

  在这些应用中,电机控制电路板及其软件,是不变的,但是工作控制电路板和软件,技术水平会大幅度升级,也会增加大量的传感器。多个电机(及其电路板和软件)、大量传感器,功能强大的工作电路板(配备强大CPU/GPU等),以及复杂软件系统、复杂算法。


  六、电机控制与软件的发展顺序

  首先是MCU芯片(或专用芯片)对电机的控制,包括电路板与软件。

  然后是功能的逐步发展(高端MCU,到低端CPU,到高端CPU/GPU)。

  最后是智能的逐步发展(单个产品里面的分布式多CPU/MCU系统)。


  七、合作思考

  电机控制方面,软件团队与电机厂家以及MCU厂家合作为主。

  产品功能方面,软件团队与产品厂家合作为主。

  产品智能方面,软件团队与先进实验室、创业团队合作为主。

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