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概念解释

1. 脉冲（Pulse）

类似于脉搏，脉冲的输出信号, 相当于快速切换某一个输出点的输出状态，发送脉冲可以是做按下一个按钮，接收脉冲视作一个计数器，累计闪烁次数，

• 运动控制卡通过发送 Pulse 来控制步进电机 或 伺服电机（带编码器） 的运动

1.1. 脉冲如何表示位置和速度？

电机每旋转一周，对应多少行程。取决于机械设计的用减速机的减速比、丝杆的导程等参数

在控制卡和驱动器的设置里，需要设置每转脉冲数，通过每转行程和每转脉冲数，可以把机构的运行距离转换为脉冲的数量

以图示为例，每转的行程是 100mm， 100 个 Pulse 为 1 转(rev)。

当以 5mm/s 的速度，触发相对定位 50 mm 的时候，控制卡会在 10s 左右的时间总计发送 50 个脉冲。此时伺服电机旋转半圈，机构前进 50mm

如果把速度改为 50mm/s ，再次触发 50 个脉冲，则会在 1s 内发完，伺服运行速度会变快。

控制卡通过发送脉冲的数量来实现对位置的控制，通过发送脉冲的频率来实现队速度的控制。

1.2. 如何实现正反转？
当控制卡想让电机正转时，在红灯亮起的状态下按动绿灯

当控制卡想让电机反转时，在红灯熄灭的状态下按动绿灯

伺服根据红灯决定方向，根据绿灯决定位置和速度，这样就能实现双向的精确定位。

这种方式就是：脉冲 + 方向模式，此外还有双脉冲模式，AB 相模式

双脉冲模式：用红灯的脉冲表示反转用绿灯的脉冲表示正转

AB 相模式：用红灯超前的脉冲表示正转，用绿灯超前的脉冲表示反转

除了使用脉冲，还可以通过总线通讯的方式向伺服发送数据

1.3. 伺服电机如何依照指令运行到指定的角度？

什么是步进电机、什么是伺服电机

共同点：
1. 都支持位置控制，也就是精确到达某一个位置

差异：
伺服与步进相比，最大的特点就是支持闭环。在伺服电机尾部有一个编码器。常见的增量式编码器，向驱动器反馈的是 AB 相脉冲信号。驱动器通过编码器反馈的脉冲数，可以判断伺服有没有运动到位，如果电机没有转到目标位置，伺服驱动器会持续给电机电流而不是想步进驱动一样，执行完驱动工作后，就会停止电流输出。

2. 电机分辨率（Encoder Resolution / Step Resolution）

单位：pulse/revolution（脉冲每转）“分辨率”决定了 1 个脉冲对应多少机械运动

2.1. 步进电机：

常见为 200 步/转（1.8°/step），但通过细分驱动，可以达到 400，1000，2000 ，50000 pulse/rev

本质：细分只是驱动器的电流控制，改善平滑性和定位精度，但电机实际物理分辨率受机械和磁场影响，不能无限提升

2.2. 伺服电机：

编码器分辨率用 bit 表示：表示，有 16bit 17bit 23bit 24bit，指的是 编码器每旋转一圈 能够输出的离散位置数的二进制位数，

• 16 bit → 2¹⁶ = 65,536 pulse/rev → 最小分辨角 ≈ 360° / 65536 ≈ 0.0055°
• 17 bit → 131,072 pulse/rev → 最小分辨角 ≈ 0.0027°
• 23 bit → 8,388,608 pulse/rev
• 24 bit → 16,777,216 pulse/rev

• 编码器分辨率 以 位 bit 16bit 每圈可输出 65536 个脉冲，最小分辨角度约为 0.0055° 如 17-bit = 131072 pulse/rev 最小分辨角度约为 0.0027°
• 位数越高，细分的位数越多。系统对微小运动的控制能力越强，例如 23bit 编码器在 10mm 导程丝杆中可将移动距离细分为 8388608 份 而 17bit 仅为131072 份

1. 导程丝杆举例

分辨率越高 == 精度越高 ？？

分辨率≠精度

1. 分辨率（Resolution）

• • 指编码器能分成多少个“格子”。
  • 比如 23 bit 编码器一圈有 8388608 个格子，每格对应一个理论位置。

1. 精度（Accuracy）

• • 指电机真实位置与理论指令位置的误差。
  • 受机械间隙、丝杆误差、传动误差、装配误差、温度变化等影响。

1. 重复精度（Repeatability）

• • 电机多次回到同一点时，位置是否一致。
  • 通常比绝对精度更好（比如 ±0.001 mm 级）。

• 高分辨率编码器的优势：
• 提高 位置环、速度环 的控制精度
• 提高低速时的平滑性（避免抖动）
• 提升重复定位精度（特别在小位移运动中）
• 但能否转化为“高精度”，要看：
• 丝杆/齿轮/皮带的传动精度
• 控制器的算法
• 整个机构的刚性和间隙

3. 减速比（Gear Ratio）

减速机的作用是将电机的高速、低扭矩输出，转化为低速、高扭矩输出。
例如：减速比 10:1 → 电机转 10 圈，输出轴只转 1 圈，扭矩则放大约 10 倍。

在计算实际输出轴的运动时，必须同时考虑 电机分辨率 与 减速比 的影响。

可见，加上减速机后，输出轴的分辨率进一步提高（更细的角度控制），同时输出转速降低，扭矩增大。

4. 导程（Lead / Pitch）

导程（Lead / Pitch）：用于将电机的旋转运动转换为直线运动（典型应用是丝杆、滚珠丝杆）

• 单位：mm/rev
• 例如：导程 = 5 mm → 螺杆转 1 圈，螺母前进 5 mm。

● 导程越大：单位旋转对应的直线位移越大 → 速度更快，但力矩转换效率低，推力减小。
● 导程越小：单位旋转对应的直线位移更小 → 移动更精细，推力更大，适合高精度定位。

导程数值越小，单位脉冲对应的直线位移也越小，控制分辨率更高。

5. 综合

✅ 结论：

• 分辨率（R） 决定旋转最小刻度。
• 减速比（i） 让输出更细致，但速度降低。
• 导程（L） 决定旋转转化为直线的比例。
  三者结合，就能算出 脉冲数 → 实际位移 的精确关系。

“三因素作用示意图”（电机→减速机→丝杆→直线运动）

R out = 输出轴分辨率 = R * i = 电机分辨率 * 减速比

走 X mm = L / R * i * PulseCount = （导程/电机分辨率减速比 ) * 脉冲数量
则 每走 1 个 PulseCount 实际所移动的位移是：L / R * i = 导程 / (电机分辨率 * 减速比)