嵌入式系統中，電機控制是實作與物理世界互動的核心技術。從簡單的電磁鐵到複雜的無刷電機，控制策略的選擇直接影響系統效能。步進電機的精確位置控制、直流電機的經濟性以及無刷電機的耐用性，各有其適用場景。位置編碼技術，特別是編碼器的使用，對於精確掌握電機狀態至關重要，線性編碼器和旋轉編碼器分別適用於不同運動模式。
Motors and Movement
介紹
嵌入式系統中，驅動器（Actuators）是軟體用來對環境產生機械影響的元件。最簡單的驅動器是電磁鐵（Solenoid），它可以移動金屬片。按動鈕式的電磁鐵可以鎖定或開啟閥門。另一種驅動器是觸覺反饋元件（Haptics），如壓電蜂鳴器或振動馬達，通常用於使用者介面。
電機型別
有多種電機型別，包括步進電機（Stepper Motor）、直流電機（DC Motor）和無刷電機（Brushless Motor）。步進電機可以精確控制位置，但相對昂貴。直流電機則相對便宜，但需要額外的控制電路來實作平滑的速度控制。無刷電機壽命較長，且不易磨損，但需要多個輸出引腳來控制。
位置編碼
位置編碼是指如何知道電機已經到達目標位置。步進電機可以透過計算步數來確定位置，但需要知道起始位置。其他電機型別則需要使用位置感測器，如編碼器（Encoder），來取得相對位置或絕對位置。
編碼器
編碼器是一種感測器，可以將位置資訊轉換為數字訊號。線性編碼器（Linear Encoder）測量電機沿直線的位置，而旋轉編碼器（Rotary Encoder）測量電機軸的角度。編碼器可以是增量式或絕對式，需要軟體來追蹤位置。
內容解密：
以上內容介紹了嵌入式系統中的驅動器和電機，包括步進電機、直流電機和無刷電機。同時也討論了位置編碼和編碼器的重要性，包括線性編碼器和旋轉編碼器。這些知識對於設計和實作嵌入式系統中的運動控制至關重要。
圖表翻譯：
flowchart TD
A[選擇電機型別] --> B[步進電機]
A --> C[直流電機]
A --> D[無刷電機]
B --> E[位置編碼]
C --> E
D --> E
E --> F[編碼器]
F --> G[線性編碼器]
F --> H[旋轉編碼器]
此圖表展示了選擇電機型別和位置編碼之間的關係，以及不同型別的編碼器。
控制電機的運動
電機是各種機器人和自動化系統的核心元件，控制電機的運動是實作所需功能的關鍵。控制電機的運動涉及調整電機的速度、方向和加速度，以實作所需的運動特性。
電機型別
電機有多種型別，包括直流電機（DC Motor）、步進電機（Stepper Motor）和交流電機（AC Motor）。每種電機都有其特點和控制方法。
直流電機控制
直流電機的速度可以透過調整供應的電壓來控制。直流電機的轉速與供應的電壓成正比，因此可以透過調整電壓來控制電機的轉速。
PID 控制
PID（比例、積分、微分）控制是一種常用的控制方法，用於控制電機的運動。PID 控制器透過計算誤差、積分和微分來調整控制訊號，以實作所需的運動特性。
運動-profile
運動-profile 是指電機運動的時間序列，描述了電機在不同時間點的速度、加速度和位置。運動-profile 可以用於實作特定的運動任務，例如從靜止開始加速到一定速度。
控制方法
控制電機的運動可以使用多種方法，包括開環控制（Open-Loop Control）和閉環控制（Closed-Loop Control）。開環控制是指不使用反饋訊號來控制電機的運動，而閉環控制是指使用反饋訊號來控制電機的運動。
反饋控制
反饋控制是指使用反饋訊號來控制電機的運動。反饋訊號可以來自於位置感測器、速度感測器或加速度感測器等。反饋控制可以用於實作高精確度的運動控制。
穩定性和可靠性
控制電機的運動需要考慮穩定性和可靠性。穩定性是指系統在外界幹擾下能否保持穩定的狀態，而可靠性是指系統在長時間執行下能否保持正常工作。
內容解密：
本文介紹了控制電機的運動的基本概念，包括直流電機控制、PID 控制、運動-profile 和控制方法等。同時，也討論了反饋控制、穩定性和可靠性的重要性。透過本文，讀者可以瞭解控制電機的運動的基本原理和方法，並且可以應用於實際中的運動控制任務。
圖表翻譯：
圖 14-1 顯示了一個簡單的電機系統，包括電機、編碼器和感測器等。圖 14-2 顯示了一個 PID 控制器的輸出訊號，描述了電機在不同時間點的速度和位置等。這些圖表可以幫助讀者瞭解控制電機的運動的基本原理和方法。
14.1 動作控制簡介
動作控制是指控制電機或其他執行器的運動，以實作特定的任務或功能。動作控制可以分為兩種：位置控制和速度控制。位置控制是指控制電機或其他執行器的位置，以實作特定的位置或軌跡。速度控制是指控制電機或其他執行器的速度，以實作特定的速度或加速度。
隨著機器人與自動化系統的蓬勃發展，精準且高效的電機控制技術成為至關重要的核心競爭力。本文深入探討了電機控制的關鍵導向，涵蓋電機型別選擇、位置編碼機制、控制方法以及穩定性與可靠性等議題。分析不同電機型別如步進電機、直流電機與無刷電機的特性及適用場景，可以發現，選用何種電機取決於專案的具體需求，例如精確度、成本和壽命等。位置編碼技術，特別是編碼器的應用，是實作精確運動控制的關鍵。而PID控制作為一種經典且有效的控制方法，結合運動-profile規劃，能有效提升電機控制的效能和效率。此外，文章也強調了反饋控制的重要性，它能有效提升系統的穩定性和可靠性，並應對外部幹擾。展望未來，隨著感測器技術、控制演算法和嵌入式系統的持續發展，電機控制技術將朝向更智慧化、更高效能和更低功耗的方向演進，預計將在自動駕駛、智慧製造和醫療機器人等領域扮演更關鍵的角色。對於開發者而言，掌握這些核心技術和發展趨勢，才能在快速變化的產業競爭中保持領先優勢。
