感謝公眾號(hào)《說東道西》作者貝加萊宋華振的文章，文中所提到了“數(shù)據(jù)不牢，地動(dòng)山搖”這個(gè)概念，突出了在控制中數(shù)據(jù)的重要性。另據(jù)公眾號(hào)《知識(shí)自動(dòng)化》林學(xué)萍老師介紹說，這句話是出自航天前輩寧總的名言。曾子曰：“君子以文會(huì)友，以友輔仁”。上面兩位老師建立的公眾號(hào)也是我要向大家推薦的?！皵?shù)據(jù)不牢，地動(dòng)山搖”這句話讀后深為同感，我在大學(xué)的老師和剛工作時(shí)前輩們也是反復(fù)教誨類似的理念，做好實(shí)驗(yàn)（現(xiàn)場(chǎng)）一手?jǐn)?shù)據(jù)采集與處理，是做好一件事的基礎(chǔ)，這個(gè)“數(shù)據(jù)做好”，是指真實(shí)的數(shù)據(jù)、豐富多源的數(shù)據(jù)、并甄別與邏輯分析的數(shù)據(jù)。這也勾起了我想起大學(xué)里老師講過的三個(gè)老故事，拿出來給大家分享。

 

故事一，傳說

第一張火車時(shí)刻表的誕生

——用戶閉環(huán)的建立，時(shí)間軸上的位置閉環(huán)

 

話說過去火車才發(fā)明的時(shí)候，很長一段時(shí)間是沒有火車時(shí)刻表的，為了讓更多的人來坐火車,以獲得運(yùn)營盈利，奧地利維也納火車站的站長發(fā)明了第一份火車時(shí)刻表——火車的出發(fā)和到達(dá)的時(shí)刻表。這樣，到哪里去，什么時(shí)候走，什么時(shí)候到，就有了依據(jù)，市民們紛紛來坐火車出游了?？蛇\(yùn)行了一段時(shí)間后，火車實(shí)際運(yùn)行與這個(gè)時(shí)刻表常常對(duì)不上，不能準(zhǔn)時(shí)到站。這天就有一位老者氣勢(shì)洶洶來找到站長，把時(shí)刻表往站長面前一扔，說這個(gè)時(shí)刻表不準(zhǔn)，要了有什么用！站長拿起火車時(shí)刻表，對(duì)老者說：沒有這張時(shí)刻表，你怎么知道火車準(zhǔn)不準(zhǔn)呢？。。。于是，有了這張火車時(shí)刻表后，火車的運(yùn)營有了不斷改進(jìn)和提高的標(biāo)準(zhǔn)，火車運(yùn)營的效率大大提高了，火車公司也開始贏利了。

 

一百年后的時(shí)刻表，上海的地下鐵，從上一站到下一站的運(yùn)動(dòng)與停站的平均時(shí)間是2分30秒，如果中間是10站，那么在地鐵上的時(shí)間是25分鐘，什么時(shí)候，到達(dá)哪里，很準(zhǔn)。趕個(gè)飛機(jī)高鐵也很方便，比虹橋機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)航班要準(zhǔn)時(shí)。

 

香港的地鐵前幾年作了一次升級(jí)——從上一站到下一站的運(yùn)動(dòng)與停站的平均時(shí)間縮短到2分10秒。不要小看這20秒的進(jìn)步，那已經(jīng)據(jù)稱是地鐵“伺服控制”管理的極限了，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

 

什么，這也與伺服控制有關(guān)？做運(yùn)動(dòng)控制理念中又何嘗不也是如此呢。我在《簡(jiǎn)單聊一聊什么是伺服、同步、輔助編碼器和TSN的意義》一文中是這樣解釋“伺服”的，什么是伺服：什么時(shí)候，到達(dá)哪里，做什么事。自檢、聽話。

這是讓用戶可知的閉環(huán)。

 

一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)包含了三部分：控制器、執(zhí)行器和反饋?zhàn)鴺?biāo)（比較器）。沒有傳感反饋的控制稱為開環(huán)控制，也許也能做起來，但開環(huán)的控制難以做得好，更難以有高效率。省下了傳感器反饋并不會(huì)省后面的人工，省掉的卻是效率與盡快盈利的機(jī)會(huì)。

 

 

用戶對(duì)設(shè)備性能的不可知與不可控，也就得不到對(duì)設(shè)備的信任與購買信心。

這是要讓用戶看得到的閉環(huán)。

 

一般的講解伺服，都是講這三個(gè)環(huán)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。沒有講到時(shí)間軸閉環(huán)，時(shí)間是永遠(yuǎn)往前走的。這是把時(shí)間參量混合到速度環(huán)里去了（位置環(huán)+變化的位置/時(shí)間）。而伺服是從變頻進(jìn)化來的，變頻只有速度環(huán)（就是變頻嗎），并沒有位置環(huán)。伺服與變頻根本的不同之一，是位置環(huán)與時(shí)間軸各自從速度環(huán)中獨(dú)立，各自有明確的閉環(huán)要求：位置環(huán)、時(shí)間軸、電流環(huán)。其中位置環(huán)對(duì)時(shí)間軸的微分就是速度環(huán)。而變頻只有速度環(huán)，位置環(huán)是速度環(huán)在時(shí)間軸上的積分，會(huì)有積分誤差累積。變頻僅有速度環(huán)的信息是不夠的，是有缺陷的。

 

 

做運(yùn)動(dòng)控制的可以看看這個(gè)故事，去理解這個(gè)“火車時(shí)刻表”的意義。讓用戶看得到的閉環(huán)，在時(shí)間軸上的位置環(huán)。是不是會(huì)有一些新的思考呢？

（光講一個(gè)多少位的高分辨率的編碼器，最終結(jié)果用戶能看得到嗎？）

沒有數(shù)據(jù)，沒有用戶閉環(huán)，啥也別談。

 

故事二，傳說

撒哈拉大沙漠中的十字架

——牢靠的絕對(duì)值坐標(biāo)閉環(huán)，將“救你于生死之時(shí)”

位于北非的撒哈拉大沙漠是世界上最大的，也是地球上最不適合人類生存的地區(qū)。古代有個(gè)傳說，有個(gè)城堡在撒哈拉沙漠中被埋葬了，城堡里面有很多金銀財(cái)寶。于是幾百年來一直有人試圖進(jìn)入沙漠中心，其中有游牧民族，也有來自歐洲的西方探險(xiǎn)家。但是幾乎沒有人能夠活著穿越沙漠，從沙漠中心走出來，直到一百多年前的一位英國人——探險(xiǎn)家漢斯·威斯切帶領(lǐng)了一支探險(xiǎn)小分隊(duì)成功穿越撒哈拉大沙漠。他是怎么成功的呢？

 

“在沙漠中行走，白天我們按照風(fēng)向來判斷方向，晚上則依靠星星，只有那些愚蠢的人才會(huì)相信眼睛看到的地面上的痕跡，因?yàn)樯衬械牡乇頃r(shí)刻都在變化著?！睗h斯得到了游牧人的經(jīng)驗(yàn)，信心滿滿地帶了幾個(gè)隊(duì)員開始進(jìn)入沙漠腹地。但是越接近到沙漠中心時(shí)他們被眼前的景象驚駭了，每隔走一段距離就會(huì)出現(xiàn)一具尸體，那是過去被困在沙漠中沒能走出去的人。漢斯招呼隊(duì)員把尸體埋了，隊(duì)員很不理解，這會(huì)將“浪費(fèi)很多的體力”。漢斯也沒說什么，埋好尸體后在上面插上了自己臨時(shí)做的十字架，繼續(xù)前行。

當(dāng)進(jìn)入到沙漠中心的時(shí)候，他們遇到了沙塵暴，風(fēng)向不對(duì)了，星星不見了，他們迷路了，在沙漠中轉(zhuǎn)圈了！眼看他們也將像那些死在沙漠中的人一樣了。只是在偶然的一次轉(zhuǎn)圈中他們又轉(zhuǎn)回到了前面豎起的十字架，那些一個(gè)個(gè)自己臨時(shí)做的并親手插起的十字架，當(dāng)然還記得，這竟然成了他們的位置坐標(biāo)！而沒有埋下新發(fā)現(xiàn)的尸體，那就應(yīng)該是從沙漠的另一個(gè)方向走過來的了！這些臨時(shí)豎起的十字架和沒有埋下的尸體成了他們?cè)谏衬械慕^對(duì)值位置坐標(biāo)，幫助他們找回了路途和方向，成為了第一支活著走出撒哈拉大沙漠的探險(xiǎn)隊(duì)英雄。

 

在做運(yùn)動(dòng)控制的項(xiàng)目中，需要建立好一個(gè)絕對(duì)值位置坐標(biāo)，會(huì)在你調(diào)試遇到最困難的時(shí)候，幫助你判斷問題解決方向，幫助你走出困境。同時(shí)，絕對(duì)值位置坐標(biāo)的建立，將大大節(jié)省你在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間，可確定性，安全的。

這是靠譜的，不會(huì)改變的，全行程絕對(duì)值編碼的位置坐標(biāo)。

 

也許你會(huì)覺得這是“浪費(fèi)很多的成本”。但是靠增量計(jì)數(shù)器的位置記憶，就像會(huì)在某種沙塵暴時(shí)刻變化的地表，而丟失坐標(biāo)位置。這種丟失在很多運(yùn)動(dòng)控制中是會(huì)“致命”的。之所以現(xiàn)在沒有用絕對(duì)值編碼器你也覺得“足矣”，也“一樣可以用”，是因?yàn)槟阕龅捻?xiàng)目還不夠多，運(yùn)氣好到了還沒有碰到類似的“沙塵暴”。但是，你如果丟掉了“沙漠中的十字架”，哪次碰上了現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜狀況，這個(gè)項(xiàng)目也許就危險(xiǎn)到了要掛了。。。

這是要讓用戶看得到的，牢靠的，可信任的絕對(duì)值閉環(huán)。

要讓客戶信任你的設(shè)備，不是靠說，是絕對(duì)值數(shù)據(jù)閉環(huán)。

數(shù)據(jù)不牢，沙漠迷失，談也白談。

 

故事三，仿生

安全型動(dòng)物VS進(jìn)攻型動(dòng)物

雙源與多源傳感，閉環(huán)數(shù)據(jù)信息多多益善。

在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集與分析時(shí)，老師講到了一百年前科學(xué)家對(duì)于動(dòng)物眼鏡的研究，動(dòng)物為什么都要有2個(gè)眼睛2個(gè)耳朵？我們發(fā)現(xiàn)，

食肉動(dòng)物的眼睛是這樣的：O-O雙眼都朝前；

食草動(dòng)物的眼睛是這樣的，0||0雙眼在兩側(cè)。

 

那我們先來看看食肉動(dòng)物雙眼的作用：

食肉動(dòng)物的雙眼集中在前方，追蹤獵物的移動(dòng)，雙眼夾角的變化可精確推算出前后距離的立體效果，精確計(jì)算自己與獵物之間的距離。

雙眼更準(zhǔn)確——雙眼的合作可以演化出立體的視覺效果，可以更精確的感知世界。

“獨(dú)眼龍”的獵豹死定了——餓死的唄。

 

再來看看食草動(dòng)物的雙眼：上帝的設(shè)計(jì)

 

食草動(dòng)物的雙眼設(shè)計(jì)是在頭部的兩側(cè)，這樣的效果是擴(kuò)大了視角范圍，可以獲得更多的信息，達(dá)到最大的安全防范區(qū)，隨時(shí)可發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)準(zhǔn)備逃生。

雙眼更安全——雙眼的合作可以感知更大的范圍，獲得更多的信息，從而擴(kuò)大安全防范區(qū)，減小視角盲區(qū)，獲得更多的安全感。

可見，兩個(gè)傳感器配合的效果，大于1+1=2的收益。雙傳感器可以獲得更加準(zhǔn)確的控制，或者更加安全的控制。

 

在增量編碼器中，有A相與B相，這就是增量編碼器的兩個(gè)傳感器，它們可以幫助判別旋轉(zhuǎn)方向，是計(jì)數(shù)器加還是減。

在絕對(duì)值單圈編碼器中，有很多個(gè)“眼”傳感器，每一個(gè)眼就是一位數(shù)據(jù)，N個(gè)眼睛就是N位絕對(duì)值編碼。它可以將整個(gè)360度一圈都有了唯一的固定的位置編碼，絕對(duì)值牢靠的編碼數(shù)據(jù)，不再改變。

在絕對(duì)值多圈編碼器中，有很多組傳感器，除了單圈一組傳感器，還有經(jīng)過齒輪箱傳遞的16圈一組傳感器，256圈一組傳感器，4096圈一組傳感器，這幾組傳感器組合在一起，就是“擴(kuò)大了視角”量程，使得在整個(gè)測(cè)量全行程中都是安全的絕對(duì)值編碼，牢靠的固定的絕對(duì)值數(shù)據(jù)，不再改變。

這是給用戶安全感，這是給用戶信心。

 

甚至可以有更多的“眼睛”傳感器組合，比如日常使用的智能手機(jī)上大概有10多個(gè)傳感器，由此衍生出的手機(jī)智能應(yīng)用已達(dá)上千個(gè)。可以這么說，如果沒有十個(gè)以上的傳感器，它就不好意思再叫智能手機(jī)了。手機(jī)智能不智能，傳感器先知道。

 

我們的老祖宗在造字時(shí)，把“聰明”兩個(gè)字形容為“耳聰目明”，眼睛耳朵就是人的傳感器。智能制造夠智能嗎？運(yùn)動(dòng)控制用戶閉環(huán)有嗎，做得怎么樣？就看你傳感器會(huì)不會(huì)用，用得多不多，用得怎么樣了。

 

人工智能AI，建立在大量數(shù)據(jù)采集與分析、自學(xué)習(xí)上，這些大量的數(shù)據(jù)，同樣要來自于各類傳感器的采集，多多益善。

傳感器省錢，可能省掉的是將來用戶對(duì)你設(shè)備的信任。

如果傳感器的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分開發(fā)，甚至要省錢的降低傳感器的使用與傳感器標(biāo)準(zhǔn)，那這個(gè)控制系統(tǒng)到底做得怎么樣？那用戶也許就只能呵呵了。

數(shù)據(jù)傳感越多越精準(zhǔn)，

數(shù)據(jù)傳感越多越安全，

數(shù)據(jù)傳感越多越智能。