Qube Servo 3 與 Rotary Servo：為您的控制實驗室選擇最佳解決方案

錫昌科教
3月10日
讀畢需時 4 分鐘

深入解析兩大馬達系統：從基礎教學到進階研究的精準配置指南

是什麼讓一項產品成為「Quanser 解決方案」？這不僅是一個思考實驗，更是 Quanser 學術解決方案團隊在開發產品時的真實考驗。在產品概念化與設計專案啟動前，我們會考慮眾多問題以證明新產品的實用性。我想強調的是，這通常會創造出一個由外觀相似但具備獨特且互斥功能的解決方案所組成的生態系統。Quanser 的 Rotary Servo 與 Qube-Servo 系列正屬於這種情況，以下我將詳細說明這些馬達系統。

直流馬達在現代工程教育中無處不在，是機器人、航空航天和自主系統等廣泛領域複雜系統的基石。如果您正在尋找控制教育與研究的實用解決方案，您可能已經瀏覽過我們的「控制與動力學產品」頁面，並看到了 Qube-Servo 3 與 Rotary Servo。這兩款系統都非常適合教學與研究應用，但哪一款才適合您？

答案取決於以下幾點考量。

Rotary Servo：用於教學與研究的多功能、高度模組化平台

Rotary Servo 比 Qube-Servo 早十多年問世，是 Quanser 最早的解決方案之一。在過去 30 年中，它已遍布全球眾多學術機構，並持續作為控制研究與教育的強大模組化平台。Rotary Servo 基本單元及其每個擴充模組都配有專屬教材，引導學生完成建模、控制設計與控制實作。

基本單元可單獨使用，也可與 10 個擴充模組中的任何一個結合，以研究廣泛的控制問題，甚至包括利用多個基本單元的配置。這使得 Rotary Servo 成為提供不同複雜程度實驗體驗的絕佳選擇，並可根據多門課程的需求進行擴展。猶他州立大學（Utah State University）就是一個案例，他們投資 Rotary Servo 來裝備其機電整合實驗室，並透過不斷擴充實驗室，添加擴充模組，為大學部及研究生提供豐富的實踐實驗體驗。對於教師而言，藉由更換擴充模組改變控制對象，實現難度的階梯式提升，讓學生能在不同的物理系統中運用相同的控制器設計原則。例如，球樑（Ball-and-Beam）模組可用於幫助學生學習更高階的控制課題，如不穩定性與非線性（這也是我幾年前在高年級控制實驗課上的親身體驗！）。

***圖 2 –*** *猶他州立大學機電整合實驗室中的 Rotary Servo*

雖然 Rotary Servo 基本單元可作為創新控制方法的驗證平台，但擴充模組將其支援擴展到了多個專業研究應用。例如，旋轉倒單擺（Rotary Inverted Pendulum）模組曾被用於驗證一種新型的模型預測控制（MPC）範式。無需繁雜的硬體架設即可在物理系統上快速測試的能力，有助於簡化研究流程並深化洞察，進而轉化為更多的論文發表。

Qube-Servo：用於基礎控制教學與簡單研究應用的精簡型解決方案

Qube-Servo 的開發是為了因應對精簡教學解決方案的需求，使其更適合大學部教學。首先，Qube-Servo 3 採用直接驅動機制，透過排除動力學中的齒輪箱效應，實現簡單且直觀的建模。雖然 Rotary Servo 需要專用的獨立放大器和資料擷取卡（DAQ），但這些組件已完全整合至 Qube-Servo 中，使其更具便攜性並減少了對工作空間的需求。這些差異使 Qube-Servo 成為一種具成本效益的解決方案，非常適合在預算有限的情況下發揮最大效益，並且滿足大班教學的需求。這些優勢在案例研究中充分展現，Ayse Tekes 博士正是因為這些因素選擇了 Qube-Servo 來升級肯尼索州立大學（Kennesaw State University）的控制實驗室。欲了解更多信息，請觀看此網絡研討會，Tekes 博士將在會上分享她如何在預算和教師工作量限制下，克服重重挑戰，開發出能夠通過實驗鞏固理論的有意義的實驗體驗。

這兩套系統皆旨在滿足各種學習與研究目標，儘管方式有所不同。Rotary Servo 透過其多樣化的擴充模組提供靈活性，而 Qube-Servo 則透過包含 20 多個獨立實驗的教材提供教學靈活性。這些實驗涵蓋了步階響應建模、超前補償、PD 控制和狀態空間建模等個別主題。實驗可以按任何順序進行，讓實驗體驗能隨著現代工程教育同步演進。

即使沒有擴充模組，Qube-Servo 仍然是研究應用中驗證平台的理想選擇，其內建的慣性盤和單擺模組進一步擴展了其多功能性。您可以在這裡找到一個使用旋轉倒單擺驗證均質控制器的範例。

透過 Qube-Servo，學生可以在 MATLAB/Simulink或 Python 中完成獨立實驗 — ***圖 3 –*** *透過 Qube-Servo，學生可以在 MATLAB/Simulink（如上圖）或 Python 中完成獨立實驗*

自發布以來，Qube-Servo 已與 Rotary Servo 一起在無數現代實驗室中佔據一席之地。Rotary Servo 繼續發揮其獨特且互補的作用，延伸至基礎應用之外，以解決更複雜的挑戰。兩者都是教學與研究的絕佳平台，因為它們與 Quanser 生態系統的其他部分具有共同點：它們均採用 Quanser 的開放式架構框架構建，允許使用者開發自己的即時控制器，並透過 QUARC（Quanser 的 Simulink 即時控制軟體）與 MATLAB/Simulink 相容。這兩種解決方案都包含符合 ABET 標準的完整教材，涵蓋建模、傳統控制與進階控制主題，且實驗易於在物理硬體或數位孿生（Digital Twin）模擬上建構實驗環境。