當(dāng)前，全球制造業(yè)正加速向智能化、柔性化轉(zhuǎn)型，服務(wù)領(lǐng)域的無(wú)人化趨勢(shì)也日益顯著，共同推動(dòng)了協(xié)作機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人及智能家居市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)。在這一進(jìn)程中，機(jī)器人與人類(lèi)工作、生活場(chǎng)景的深度共融，對(duì)其核心執(zhí)行部件——伺服系統(tǒng)，提出了更高要求：不僅需要實(shí)現(xiàn)高精度控制與快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，還必須在嚴(yán)苛的成本與緊湊的尺寸約束下達(dá)成這一目標(biāo)。
為精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)這一市場(chǎng)挑戰(zhàn)，極海半導(dǎo)體正式推出基于APM32F425/427系列芯片的總線型低壓伺服解決方案。
方案優(yōu)勢(shì)與價(jià)值
全面的閉環(huán)控制：集成位置、速度、轉(zhuǎn)矩三種閉環(huán)模式，適配絕大多數(shù)伺服應(yīng)用場(chǎng)景。
靈活的硬件架構(gòu)：外設(shè)接口豐富，硬件資源可配置，支持深度定制與二次開(kāi)發(fā)。
出色的動(dòng)態(tài)性能：16kHz高頻電流環(huán)與功率開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)響應(yīng)，滿足高動(dòng)態(tài)負(fù)載需求。
高效的調(diào)試體驗(yàn)：通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)整定、實(shí)時(shí)波形顯示與故障診斷，降低開(kāi)發(fā)難度，加快上市進(jìn)程。
極海APM32F425/427總線型低壓伺服方案的核心，是基于極海自主研發(fā)的高性能拓展型MCU——APM32F425/427系列構(gòu)建。該系列芯片搭載Arm®Cortex®-M4F內(nèi)核，全系列支持在全溫度范圍內(nèi)以240MHz主頻穩(wěn)定運(yùn)行，為高性能控制奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在存儲(chǔ)配置上，APM32F427系列內(nèi)置高達(dá)1MB的eFlash，并配備448KB+4KB的SRAM；APM32F425系列則支持256KB Flash零等待訪問(wèn)，并內(nèi)置192KB+4KB的SRAM，為復(fù)雜應(yīng)用提供充裕的內(nèi)存空間。
得益于這一優(yōu)秀的硬件設(shè)計(jì)，該伺服方案在執(zhí)行相同功能代碼時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更短的執(zhí)行周期。這不僅提升了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制性能，也為客戶進(jìn)行更高效、更復(fù)雜的二次開(kāi)發(fā)提供了有力保障。
方案參數(shù)
輸入電壓：20-70V
典型功率：400W
控制周期：62.5us（16kHz）
轉(zhuǎn)速范圍：-4000~4000rpm
編碼器類(lèi)型：增量編碼器、絕對(duì)值編碼器（RS485）
控制模式：力矩模式、速度模式、位置模式
額定輸出電流（Arms）：10
最大輸出電流（Arms）：25
APM32F425/427系列產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
方案硬件系統(tǒng)可拆解：為電源模塊、控制核心模塊、信號(hào)處理模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)模塊五大核心單元，各單元協(xié)同實(shí)現(xiàn)電流、速度、位置的閉環(huán)控制。其技術(shù)關(guān)鍵在于：反饋信號(hào)的精準(zhǔn)采集，PID及擴(kuò)展算法的優(yōu)化，功率模塊的高效驅(qū)動(dòng)三部分。
實(shí)現(xiàn)方式
通過(guò)TMR1模塊，產(chǎn)生3組互補(bǔ)PWM信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)矢量控制
通過(guò)高精度ADC模塊，可實(shí)現(xiàn)兩路相電流信號(hào)的精確采樣，提高伺服控制精度
通過(guò)UART模塊或TMR模塊，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值編碼器和增量編碼器通信
通過(guò)并口模塊，與EtherCAT從站芯片高效通信，實(shí)現(xiàn)EtherCAT總線控制
通過(guò)UART模塊，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交互
通過(guò)I2C模塊，實(shí)現(xiàn)外部EEPROM通訊，存儲(chǔ)伺服關(guān)鍵參數(shù)
豐富的輸入輸出端口，滿足多種控制信號(hào)輸入或狀態(tài)輸出，提升方案的多場(chǎng)景適用性
方案軟件
軟件設(shè)計(jì)方案采用三環(huán)級(jí)聯(lián)模式：
電流環(huán)，其給定來(lái)自速度環(huán)的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)給定電流的快速跟蹤，并對(duì)直流母線電壓的波動(dòng)，反電動(dòng)勢(shì)的影響，以及被控對(duì)象的非線性等因素起到抑制作用。
速度環(huán)，其給定來(lái)自位置環(huán)的輸出，也接受來(lái)自外部模擬量或者內(nèi)部多段速的給定，實(shí)現(xiàn)對(duì)給定速度的跟蹤，并抑制負(fù)載擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。
位置環(huán)，其位置給定來(lái)自總線控制時(shí)直接寫(xiě)入的絕對(duì)位置值或者增量位置值、IO控制的多段內(nèi)部設(shè)定位置的給定，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置給定的精確定位，并且通過(guò)PID調(diào)節(jié)來(lái)保證無(wú)超調(diào)。
方案采用簡(jiǎn)易的單中斷處理的設(shè)計(jì)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)三環(huán)閉環(huán)控制，客戶可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自定義功能擴(kuò)展，可支持客戶更高性能，更豐富功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
測(cè)試數(shù)據(jù)
1.速度波動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試
搭載17位磁編碼器下的實(shí)測(cè)各個(gè)速度段波形效果如下：
2.執(zhí)行效率測(cè)試
通過(guò)測(cè)試對(duì)比，具備零等待配置的APM32F425與同類(lèi)型產(chǎn)品的代碼執(zhí)行效率對(duì)比，結(jié)果相當(dāng)，略勝一籌。
APM32F425/427總線型低壓伺服方案，涵蓋較為完整的軟硬件設(shè)計(jì)，內(nèi)含全功能軟件固件以及極海自研伺服控制上位機(jī)，配有詳細(xì)的使用手冊(cè)，方便快速使用，性能評(píng)估以及二次開(kāi)發(fā)。配套的資料可聯(lián)系極海代理商-聯(lián)科芯微電子。聯(lián)系電話：15994707769，LEO WANG。
