感謝公眾號《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，地動山搖”這個概念，突出了在控制中數(shù)據(jù)的重要性。另據(jù)公眾號《知識自動化》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：“君子以文會友，以友輔仁”。上面兩位老師建立的公眾號也是我要向大家推薦的。“數(shù)據(jù)不牢，地動山搖”這句話讀后深為同感，我在大學(xué)的老師和剛工作時前輩們也是反復(fù)教誨類似的理念，做好實(shí)驗(yàn)（現(xiàn)場）一手?jǐn)?shù)據(jù)采集與處理，是做好一件事的基礎(chǔ)，這個“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)里老師講過的三個老故事，拿出來給大家分享。

 

故事一，傳說

第一張火車時刻表的誕生

——用戶閉環(huán)的建立，時間軸上的位置閉環(huán)

 

話說過去火車才發(fā)明的時候，很長一段時間是沒有火車時刻表的，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)明了第一份火車時刻表——火車的出發(fā)和到達(dá)的時刻表。這樣，到哪里去，什么時候走，什么時候到，就有了依據(jù)，市民們紛紛來坐火車出游了。可運(yùn)行了一段時間后，火車實(shí)際運(yùn)行與這個時刻表常常對不上，不能準(zhǔn)時到站。這天就有一位老者氣勢洶洶來找到站長，把時刻表往站長面前一扔，說這個時刻表不準(zhǔn)，要了有什么用！站長拿起火車時刻表，對老者說：沒有這張時刻表，你怎么知道火車準(zhǔn)不準(zhǔn)呢？。。。于是，有了這張火車時刻表后，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。

 

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

 

香港的地鐵前幾年作了一次升級——從上一站到下一站的運(yùn)動與停站的平均時間縮短到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)動控制理念中又何嘗不也是如此呢。我在《簡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省后面的人工，省掉的卻是效率與盡快盈利的機(jī)會。

 

 

用戶對設(shè)備性能的不可知與不可控，也就得不到對設(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，都是講這三個環(huán)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。沒有講到時間軸閉環(huán)，時間是永遠(yuǎn)往前走的。這是把時間參量混合到速度環(huán)里去了（位置環(huán)+變化的位置/時間）。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)、時間軸、電流環(huán)。其中位置環(huán)對時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)在時間軸上的積分，會有積分誤差累積。變頻僅有速度環(huán)的信息是不夠的，是有缺陷的。

 

 

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

（光講一個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

——牢靠的絕對值坐標(biāo)閉環(huán)，將“救你于生死之時”

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)。古代有個傳說，有個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相信眼睛看到的地面上的痕跡，因?yàn)樯衬械牡乇頃r刻都在變化著。”漢斯得到了游牧人的經(jīng)驗(yàn)，信心滿滿地帶了幾個隊(duì)員開始進(jìn)入沙漠腹地。但是越接近到沙漠中心時他們被眼前的景象驚駭了，每隔走一段距離就會出現(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做的十字架，繼續(xù)前行。

當(dāng)進(jìn)入到沙漠中心的時候，他們遇到了沙塵暴，風(fēng)向不對了，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，那些一個個自己臨時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方向走過來的了！這些臨時豎起的十字架和沒有埋下的尸體成了他們在沙漠中的絕對值位置坐標(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)動控制的項(xiàng)目中，需要建立好一個絕對值位置坐標(biāo)，會在你調(diào)試遇到最困難的時候，幫助你判斷問題解決方向，幫助你走出困境。同時，絕對值位置坐標(biāo)的建立，將大大節(jié)省你在現(xiàn)場調(diào)試的時間，可確定性，安全的。

這是靠譜的，不會改變的，全行程絕對值編碼的位置坐標(biāo)。

 

也許你會覺得這是“浪費(fèi)很多的成本”。但是靠增量計(jì)數(shù)器的位置記憶，就像會在某種沙塵暴時刻變化的地表，而丟失坐標(biāo)位置。這種丟失在很多運(yùn)動控制中是會“致命”的。之所以現(xiàn)在沒有用絕對值編碼器你也覺得“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)場復(fù)雜狀況，這個項(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，可信任的絕對值閉環(huán)。

要讓客戶信任你的設(shè)備，不是靠說，是絕對值數(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

安全型動物VS進(jìn)攻型動物

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，老師講到了一百年前科學(xué)家對于動物眼鏡的研究，動物為什么都要有2個眼睛2個耳朵？我們發(fā)現(xiàn)，

食肉動物的眼睛是這樣的：O-O雙眼都朝前；

食草動物的眼睛是這樣的，0||0雙眼在兩側(cè)。

 

那我們先來看看食肉動物雙眼的作用：

食肉動物的雙眼集中在前方，追蹤獵物的移動，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。

 

再來看看食草動物的雙眼：上帝的設(shè)計(jì)

 

食草動物的雙眼設(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。

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

在絕對值多圈編碼器中，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，使得在整個測量全行程中都是安全的絕對值編碼，牢靠的固定的絕對值數(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多個傳感器，由此衍生出的手機(jī)智能應(yīng)用已達(dá)上千個。可以這么說，如果沒有十個以上的傳感器，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，把“聰明”兩個字形容為“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)動控制用戶閉環(huán)有嗎，做得怎么樣？就看你傳感器會不會用，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。