主站每毫秒扔个位置，电机怎么跟得上？
EtherCAT 周期同步位置模式 CSP，一次讲明白
上一篇讲了 PDO 怎么配，那是约定好一帧里传什么。这一篇讲传的内容本身。
现在的多轴设备，跑的基本都是 CSP，中文叫周期同步位置模式。它和以前那套脉冲加方向的做法，思路完全不一样。
很多人从脉冲控制转过来，第一反应是：主站每毫秒扔一个位置过来，电机哪跟得上？这篇就从这儿说起。
一、CSP 到底在干什么
▲ 每个周期一个绝对位置，不是走多远
主站每个通信周期发一个目标位置给驱动器，驱动器负责在这个周期内走到。下个周期再来一个新的，接着走。
这里有个最容易搞错的点：主站发的是绝对位置，不是走多远。
比如现在在 10000 这个位置，主站下个周期发的可能是 10050。意思是走到 10050，而不是往前再挪 50。这跟脉冲控制的逻辑正好相反。
换个数感受一下。1 毫秒周期，100 毫米的行程用 2 秒走完，主站要发 2000 个位置点。每个点之间只差 50 微米。
所以你看到电机在平顺地移动，实际上是两千个小台阶拼出来的。周期越短，台阶越细。
二、算轨迹这件事，换了个地方干
要理解 CSP 为什么这么设计，得先看看它取代了什么。
▲ 以前驱动器算，现在主站算
以前是控制器发脉冲，驱动器收到脉冲之后，自己按设定的加减速曲线去规划怎么走。轨迹是驱动器算的。
这在单轴上没问题。可一旦多轴要联动，麻烦就来了。每个驱动器都自己算自己的，谁也不知道别人走到哪了。想让两个轴配合出一条斜线或者圆弧，非常难。
CSP 把这件事整个挪到了主站。主站统一算好所有轴在每一个时刻应该在哪，然后把位置点分发下去。驱动器不做规划，只管跟上。
因为所有轴的位置点是主站在同一个时刻算出来的，它们天然就是对齐的。这就是多轴插补必须用 CSP 的原因。
前面讲加减速曲线和插补那两篇提到的前瞻、S 型、拐角减速，全都发生在主站这一侧，算完之后变成一串位置点发下来。
三、两个点之间，驱动器在干嘛
主站 1 毫秒才给一个点，中间那 1 毫秒电机总不能停着等吧？
▲ 主站给点，驱动器补中间
驱动器内部会做细分。它拿到新的目标位置之后不会一下子跳过去，而是在这个周期内平滑过渡。同时它内部的位置环和速度环一直在跑，这两个环的周期比通信周期短得多，前面讲三环那篇说过。
所以最终电机走出来的是一条连续的线，不是台阶。
但这有个前提：周期不能太长。周期一长，两个点之间跨度太大，驱动器补起来就吃力，表现出来就是有台阶感、有抖动，加工面上能看出纹路。
四、周期到底设多少
这是最常被问的问题。先说个约束：周期不是随便填的，多数驱动器只支持特定的档位。
以倍福的伺服端子为例，CSP 支持的周期是 125 微秒乘以 2 的 n 次方。也就是 250 微秒、500 微秒、1 毫秒、2 毫秒这样翻倍往上。别的品牌规则类似。
周期 | 一秒发多少个点 | 适合什么 | 备注 |
250 微秒 | 4000 | 高速高精，比如激光、贴片 | 对主站算力要求高 |
500 微秒 | 2000 | 精密加工、多轴插补 | 常见的高端配置 |
1 毫秒 | 1000 | 绝大多数场合 | 最常用，性能和负担都平衡 |
2 毫秒 | 500 | 轴数多、动作不快 | 轴多的时候往这边退 |
4 毫秒及以上 | 250 以下 | 搬运、上下料这类 | 对轨迹平顺要求不高 |
选的时候要平衡两头。周期越短轨迹越顺，但主站每个周期要算完所有轴的位置并发出去，轴数一多算力就吃紧。周期越长主站越轻松，但轨迹质量下降。<o:page></o:page>
一个实用的判断：先从 1 毫秒起步。跑起来看主站的周期抖动大不大、有没有超时报警。稳的话再考虑往下压；不稳就往上退到 2 毫秒。
五、为什么必须开 DC 同步
位置点发下去了，各轴什么时候执行？如果各走各的时钟，就出事了。
▲ 时刻错开，轨迹就变形
假设 X 轴在某个时刻用了新位置，Y 轴晚了几十微秒才用。单看每个轴都没错，但合成出来的轨迹就歪了。走直线会变成波浪，走圆弧会变形。
DC 就是分布式时钟。它让全网所有从站对齐到同一个时间基准，然后在同一个时刻同时把新的位置点用上去。
所以多轴联动必须开 DC，这不是可选项。单轴的话可以不开，用别的同步方式也能跑，但只要涉及两个轴以上要配合，就得开。
开了 DC 之后，主站软件里通常能看到各从站的时钟偏差值，正常应该在几十纳秒到几百纳秒的量级。如果某个从站偏差特别大或者一直在跳，那就要查了。
六、PDO 里要放哪些东西<o:page></o:page>
▲ 这六项是底线
上一篇讲了 PDO 怎么配，这里说 CSP 具体要配哪些项。
发下去的至少要有控制字、目标位置、运行模式。运行模式 6060h 填 8，这个 8 就是 CSP 的代号。
报回来的至少要有状态字、实际位置、当前模式。当前模式 6061h 应该回 8，如果回的不是 8，说明驱动器没有真的进入 CSP，这是排查时第一个要看的地方。
好消息是多数驱动器的 ESI 文件里都有现成的 CSP 预设组合，下拉一选就配好了，不用手动一项项填。
有些主站还会用到速度前馈和转矩前馈这两项。原理在讲三环那篇说过：把主站已经算出来的速度和加速度直接送给驱动器，不等误差出现再补。加上之后跟随误差会明显变小。
七、那速度在哪儿控
这是 CSP 下问得最多的一个问题。主站从头到尾只发位置，那想让电机跑快点跑慢点，改哪儿？
答案有点反直觉：速度不是给的，是算出来的。<o:page></o:page>
▲ 点挨得近就慢，拉得开就快
相邻两个位置点之间差多少，除以周期，就是速度。所以主站想让电机跑多快，就按这个反着推每个周期该加多少。
举个具体的。周期 1 毫秒，想跑 300 毫米每秒，那每个周期位置就该加 0.3 毫米，也就是 300 微米。
换成编码器计数更直观。17 位编码器一圈 131072 个数，配 10 毫米螺距的丝杠，每毫米就是 13107 个数。所以每个周期目标位置要加 3932 个计数。
加减速也是同一套逻辑，让增量一点点变大就行。0.2 秒从静止加到 300 毫米每秒，就是 200 个周期，增量从 20 个计数慢慢涨到 3932 个。
主站的加减速曲线、S 型、前瞻，算到最后全都变成这一串增量，累加成绝对位置发下去。驱动器压根不知道速度这回事，它只看到位置点在变密或者变疏。
八、那 6081h 轮廓速度呢
这里有个坑，专门拎出来说。
很多人在 CSP 下找不到速度怎么给，就去改 6081h 轮廓速度，结果发现改了没反应。
因为按标准，6081h 是 PP 轮廓位置和 IP 插补位置模式用的，不是 CSP 的给定值。CSP 下速度早就由位置点决定了，它插不上手。
但有个例外要当心。部分厂家在 CSP 下仍然拿 6081h 当位置点之间的最大速度限制。它们的手册里明确写着：如果不设 6081h，又没关掉驱动器里那个限制最大速度的选项，电机在 CSP 下根本不动。<o:page></o:page>
所以碰到位置点在发、使能也正常、电机就是不转，除了查模式，也翻一下这家的手册有没有这个逻辑。
CSP 下真正跟速度有关的几个对象是这样分工的：
●60B1h 速度偏移：这个才是 CSP 下的速度前馈入口。主站既然已经算出每个周期该走多快，把这个速度顺手发下去，驱动器就不用等误差累积起来再追，跟随误差能压掉一大截。想用得把它也映射进 PDO。
●6080h 最大电机转速：保护性的硬上限，不是给定值，别让电机超速用的。
●6072h 最大转矩：同理，是限幅不是指令。
●6081h 轮廓速度：标准里属于别的模式，个别厂家在 CSP 下当限速用，看手册。
九、几个常见问题
●使能之前，一定要先把目标位置设成当前的实际位置。不然使能那一瞬间，驱动器发现指令和实际差着一大截，会猛地冲过去。这是 CSP 最危险的一个坑，务必在程序里做好。
●驱动器必须处于运行使能状态才会响应目标位置。没使能的话位置指令照发不误，但电机不动，位置偏差会一直累积，最后报过大偏差故障。
●6061h 回的不是 8，说明模式没切成功。可能是使能之后才写的 6060h，有些驱动器要求使能前设好。
●主站周期抖动会直接变成轨迹抖动。如果主站是跑在普通操作系统上的软主站，要确认实时性够不够，任务有没有被别的进程抢。
●跟随误差是 CSP 下的正常现象，不是故障。指令位置永远领先实际位置一点点，这个差值跟速度和位置环增益有关，前面讲三环那篇有公式。但它如果持续变大不收敛，那就是真有问题了。
●CSP 下控制字的暂停位不起作用。因为位置完全由主站给，想停就让主站停止更新位置，而不是靠驱动器自己刹车。
整篇归纳一句。CSP 就是主站把轨迹算好，切成一串绝对位置点，每个周期发一个下去。驱动器只管跟上，中间的细分它自己补。多轴要配合，就靠 DC 让大家在同一时刻动作。
下一篇我们讲讲和它成对的另外两个模式：CSV 周期同步速度和 CST 周期同步转矩，什么场合才轮到它们上场。欢迎关注我们，一起把这些看着唬人的技术名词一个个拆明白。
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