工业自动化发展如何，派个无人机去侦查 | 文末有彩蛋

对于一家工厂来说，拥有工业自动化精密制造和柔性制造生产线，是被定义为实现智能创新型企业的标配。而伺服系统是实现工业自动化精密制造和柔性制造的核心技术，也是工业机器人的主要动力来源。

众所周知，一家企业在智能制造转型过程中的第一诉求一定是提升生产力和生产效率，这往往离不开先进设备的助力。对于机器人、数控机床、电子制造等有精确定位需求的高端装备制造行业来说，他们的精益装备都需要对位移、速度、力矩等运动要素进行精密控制，而实现精密控制的主角就是高精度伺服系统。

图 | 精密制造示意图

和大部分工控自动化系统类似，伺服系统主要由控制器、伺服驱动器和伺服电机三部分构成。但与其他工控自动化设备不同的是，当设备遇到问题时，大部分设备难以在第一时间对故障和误差进行科学的调整与补偿，而伺服系统可以进行持续性地优化，并且还能使各个环节的控制精度更高，甚至可以达到微米级别。

因此，在精密制造的过程中，伺服系统一方面可以实现精确的控制，加快生产的速度，提高产品质量，从而提升工作效率和产值；另一方面还可以通过提高控制精度和效率，降低对机械部件加工精度和传动机构运行精度的依赖，在一定程度上减少精密设备投入的成本。

在工业自动化应用中，无人机正在实现其中重要的“无人化”和“自动化”的环节，能够在生产中进行维护、测量、测绘和监测，它的应用性也伴随着图像的分辨率的提升不断增强。无人机收集的数据，结合分析软件能够为我们提供更加细致的分析、管理、维护与预测能力。

无人机要完成各种精细飞行任务则需要以精密的伺服控制系统为基础，它相当于无人机的大脑。以竞赛级无人机为例，要达到这个级别的控制要求，以往都需要四颗较高性能的MCU来实现对一台四旋翼无人机的四个BLDC电调电机的控制，此外还要用一颗Cortex-M4级别的MCU做飞控，来完成读取传感器数据、控制飞行姿态、完成通讯等任务。

恩智浦推出了一款i.MXRT1052处理器，可以通过外接4路功率模块，用无感FOC算法驱动4个无刷电机，实现仅通过一颗就能搞定上述五颗完成的事情，既降低了总体成本又缩小了系统的尺寸，为无人机开发提供新的设计思路。

这颗处理器除了有堪比MPU的处理能力，它在外设方面还可以支持像LCD、Camera、USB、UART、CAN、Ethernet、PWM等功能接口，因此能够游刃有余地处理传感器接收到的信号，包括视频信息和加速度计、陀螺仪、磁罗盘与气压传感器等传回来的数据信息。处理器对这些数据进行演算处理，以统筹好各路通信问题。

此外，i.MXRT1052自带集成DC-DC转换器，并且它的UART接口又可以用于传输速度控制的模拟信号，从而实现对交流电机运行的位置、速度和电机电枢电流的高精度控制。

同样在无人机的方案中，ST提供的STM32G4增加了三种硬件加速器，包括实现代码加速的ART加速器，实现预配置确定性保障的关键程序加速CCM-SRAM，以及涉及三角函数和数字滤波器的数学加速器，这样的配置能够在处理器主频资源并不是很充足的情况下保证传感器高速地回传信息。

图 | 基于STM32G4的探索套件B-G431B-ESC1

（图源：ST官网）

而在电机控制方面，ST还提供了一个功能完整的电机转速电子控制探索套件，可以处理无传感器矢量控制算法（FOC）或六步换向控制。板载功能支持电机传感器和三Shunt电阻电流检测，加上X-CUBE-MCSDKv5.4.1电机控制SDK，可以实现高达6SLiPo电池组供电的无人机的电机转速电子控制。