前言：隨著精度的需求逐漸提升，運(yùn)動(dòng)控制的要求也開始存在，如何讓馬達(dá)動(dòng)得更順暢、精準(zhǔn)，這也是所有運(yùn)動(dòng)控制廠商追求的終極目標(biāo)。

作為自動(dòng)化的一環(huán)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在強(qiáng)勁市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。它容納各種不同負(fù)載與動(dòng)態(tài)條件，處理機(jī)械系統(tǒng)傳來的資訊，和複雜的控制運(yùn)算方程式來執(zhí)行相關(guān)的行為，在傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的整合上，扮演重要的地位。

近年來，隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)自動(dòng)化控制類產(chǎn)品，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)中佔(zhàn)有相當(dāng)重要的地位；而近年整合包括生產(chǎn)決策、整合製造、友善人機(jī)、節(jié)能環(huán)保加工及全球化生產(chǎn)決策，「智慧製造」也成為工廠自動(dòng)化的重要趨勢(shì)，其中運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)亦在其中扮演主要關(guān)鍵角色，也是未來先進(jìn)「智造」的核心。

圖1 : 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)中佔(zhàn)有相當(dāng)重要的地位（攝影／王明德）

從傳統(tǒng)的角度來進(jìn)行觀察，運(yùn)動(dòng)控制其實(shí)在最末端基本上就是對(duì)「馬達(dá)」的控制，過去是透過電壓、電流的傳送，來控制馬達(dá)的開與關(guān)，即是最基本的控制，不過這種純粹以電流方式控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，基本上沒有精確度可言，隨著精度的需求逐漸提升，運(yùn)動(dòng)控制的要求也開始存在，如何讓馬達(dá)動(dòng)得更順暢、精準(zhǔn)，這也是所有運(yùn)動(dòng)控制廠商追求的終極目標(biāo)。

以最單純的運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，透過伺服連接末端的馬達(dá)與前端的控制器，控制器針對(duì)需求的運(yùn)動(dòng)位置、力量及速度發(fā)布指令，經(jīng)由伺服傳遞脈衝訊號(hào)給末端的馬達(dá)，馬達(dá)再依脈衝的要求作動(dòng)完成「運(yùn)動(dòng)」，這類單機(jī)直覺的操作模式是目前最基礎(chǔ)而主流的做法，只要訊號(hào)正確，馬達(dá)就可以精準(zhǔn)的運(yùn)行，進(jìn)入的門檻不算太高，但在目前生產(chǎn)線已不像過去單機(jī)操控的單純，許多複雜化的運(yùn)動(dòng)控制常出現(xiàn)於CNC或輸送帶的應(yīng)用，容易因雜訊而造成錯(cuò)誤訊號(hào)的指令，在生產(chǎn)線高精度的需求，似乎已呈現(xiàn)力有未逮的狀況，尤其是像是對(duì)位、貼合等需要同步運(yùn)作的應(yīng)用，更是如此。

產(chǎn)線逐漸複雜 運(yùn)動(dòng)控制選項(xiàng)逐漸多元

在較複雜的架構(gòu)下，傳統(tǒng)的脈衝技術(shù)逐漸不敷使用，尤其在雜訊的干擾下，每個(gè)馬達(dá)所收到的脈衝訊號(hào)無法保證相同，甚至馬達(dá)間互為雜訊的干擾更為嚴(yán)重，自然系統(tǒng)同步就更形困難，目前在較複雜的應(yīng)用底下，控制器以數(shù)位的訊號(hào)取代脈衝命令，自然就提高了訊號(hào)的精準(zhǔn)度，也實(shí)現(xiàn)多軸應(yīng)用的便利性。

除了命令的精準(zhǔn)度可以完整傳遞，透過數(shù)位訊號(hào)連結(jié)方式，也降低配線的複雜性，這種分散式的通訊架構(gòu)透過一個(gè)控制器即可控制多個(gè)馬達(dá)，也讓同步控制的精準(zhǔn)度更加提升，透過串連的方式，訊號(hào)的一致性可以被確保，這也是多軸控制的主要發(fā)展趨勢(shì)走向。

但由於目前主流仍為脈衝式為主，廠商都開始加強(qiáng)針對(duì)抗雜訊的要求水準(zhǔn)，規(guī)劃以脈衝式系統(tǒng)進(jìn)行同步控制的解決方案，透過提高控制器的晶片效能來增加抗雜訊干擾的能力，此外亦以高脈衝傳送的方式來「稀釋」雜訊所造成的影響。

業(yè)者指出，雜訊干擾的問題在系統(tǒng)上的確是必然存在的，但透過高脈衝的訊息傳遞，可降低雜訊干擾的影響力，自然可以提升運(yùn)動(dòng)控制的精準(zhǔn)度，相較於市場(chǎng)主流產(chǎn)品，自然可以以較高的精度提升競(jìng)爭(zhēng)力。

業(yè)者也指出，其實(shí)廠商選用脈衝式或通訊式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，並非取決於生產(chǎn)線或產(chǎn)品的精密度，而是應(yīng)用及環(huán)境的需求所致，脈衝式的是用於單機(jī)、軸數(shù)較少及獨(dú)立運(yùn)作的機(jī)臺(tái)，而較複雜、多軸應(yīng)用的產(chǎn)線，由於配線與檢修也較為複雜，因此簡(jiǎn)化配線的通訊式系統(tǒng)則是較佳的選擇。

目前各家的控制器均針對(duì)兩種應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行布局，可以說在這些面向上並無高下之分，像是有廠商推出針對(duì)脈衝式的控制器以「虛擬軸」的技術(shù)來規(guī)劃多軸控制，就可滿足傳統(tǒng)設(shè)備的多軸控制需求，使用者選擇脈衝式控制器的另一個(gè)主要原因是來自於馬達(dá)的成本，脈衝式控制器可以介接的馬達(dá)選擇較多，可以因應(yīng)各種成本組合來提供解決方案。透過簡(jiǎn)單的組合達(dá)成高效能的應(yīng)用，這是持續(xù)提升脈衝式控制器效能的主要原因。

運(yùn)動(dòng)控制走向複雜化

但就趨勢(shì)觀察，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的確是逐漸趨於複雜化，由於通訊式架構(gòu)可以針對(duì)更多不同的功能進(jìn)行配置，在複雜的產(chǎn)線上將可發(fā)揮更大的作用，業(yè)者指出，在複雜化的系統(tǒng)上考慮的不是單點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)效果，而是整個(gè)生產(chǎn)線的整合流程，當(dāng)動(dòng)作複雜的時(shí)候，製造業(yè)者會(huì)想要了解整個(gè)生產(chǎn)線系統(tǒng)上的機(jī)臺(tái)是如何運(yùn)作的，這時(shí)在上位的資料整合的軟體系統(tǒng)的重要性，也就被凸顯出來，因此針對(duì)後端的管理系統(tǒng)整合，有些廠商即開始透過IPC等PC-Based設(shè)備來規(guī)劃運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用，也形成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的不同選擇。

圖2 : 運(yùn)動(dòng)控制早期伴隨CNC技術(shù)發(fā)展，後來技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用已越來越多。（source：Reddit）

相較於IPC設(shè)備，一般對(duì)於PLC的認(rèn)知，主要的優(yōu)勢(shì)在於穩(wěn)定及堅(jiān)固，可應(yīng)用在較為艱困的環(huán)境，但最大的弱點(diǎn)則是無法處理太過複雜的運(yùn)算及控制規(guī)劃，加上如要與後端系統(tǒng)介接亦較為複雜；這些特點(diǎn)與IPC設(shè)備剛好相反。

PC-Based類設(shè)備被認(rèn)知為在功能性上的確較為強(qiáng)大，但在穩(wěn)定性議題上也造成相當(dāng)?shù)牟淮_定性，所以在傳統(tǒng)上除非是在PLC無法負(fù)擔(dān)之時(shí)才以IPC取代，加上IPC的成本相較於PLC來說的確較高，以及在提升介面時(shí)的複雜度問題，這些面向也每每成為兩陣營(yíng)相互較勁之處。不過雖然IPC成本較其他架構(gòu)為高，但由於其容易與資料庫(kù)及I/O進(jìn)行整合，也受到廠商相當(dāng)?shù)年P(guān)注。

**刊頭圖（source : Volk Studio）