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HPM6200四軸伺服驅(qū)控方案

?概 述?

HPM6200是來自上海先楫半導(dǎo)體科技有限公司的基于RISC_V內(nèi)核的32位高性能微控制器。

針對(duì)HPM6200系列MCU，先楫半導(dǎo)體推出四軸伺服驅(qū)控方案，本方案單軸采用FOC控制，同步計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)四軸電機(jī)以固定相位差運(yùn)動(dòng)。

四軸驅(qū)控樣機(jī)如下圖所示。

單軸驅(qū)控細(xì)節(jié)圖如下圖所示。

本方案測(cè)試電機(jī)型號(hào)信息如下表所示，如選用其他型號(hào)電機(jī)，需要重新調(diào)整PI控制參數(shù)相關(guān)宏定義即可。

?軟件方案?

軟件設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分：預(yù)定位，速度/位置環(huán)，電流環(huán)，S曲線，同步計(jì)時(shí)器，串口通信和USB通信。

其中全局參數(shù)如下表所示。

具體函數(shù)接口如下表所示。

?預(yù)定位?

上電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置隨機(jī)，編碼器轉(zhuǎn)子位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子存在固定角度差。因此需要將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)到固定位置，此時(shí)既知道編碼器的位置也知道轉(zhuǎn)子角度。本方案中采用的是在正常運(yùn)行之前將編碼器轉(zhuǎn)子位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置重合的方法。

主要實(shí)現(xiàn)步驟分為三步：

電角度90°，逐步增大 d軸電流到限幅；

保持d軸電流，逐步減小電角度至0度；

保持電角度為0度，逐步減小d軸電流至0。

?電流環(huán)?

pwm通道產(chǎn)生比較中斷，中斷內(nèi)執(zhí)行電流環(huán)。電路環(huán)回路主要有兩部分工作：

電流幅值更新：ADC采樣三相電流，以及經(jīng)過CLARK，PARK變換后成為DQ軸直流分量。電流環(huán)PI控制器控制DQ軸電流

電角度更新：QEI模塊獲得電機(jī)反饋位置，再根據(jù)電機(jī)極對(duì)數(shù)計(jì)算得出電角度

?軌跡規(guī)劃?

電機(jī)在啟停時(shí)，速度存在階躍的情況。電機(jī)速度的突變可能會(huì)導(dǎo)致電流過載。所以通常用加減速控制算法來規(guī)劃電機(jī)速度。

在本方案中，我們使用的是電機(jī)庫中的軌跡規(guī)劃算法——S曲線，通過可變加加速度大小來控制加速度的變化，保證加速度不突變，使得加減速的速度曲線平滑，電機(jī)更平穩(wěn)運(yùn)行。

這里以運(yùn)動(dòng)軸0為例，簡單介紹下如何使用電機(jī)庫中的軌跡規(guī)劃算法：

（1）添加電機(jī)庫

將hpm_motor添加到middleware文件夾下

工程引用hpm_motor庫

更多細(xì)節(jié)請(qǐng)查看電機(jī)庫使用說明文檔。(hpm_apps/middleware/hpm_motor/doc)

（2）對(duì)配置參數(shù)結(jié)構(gòu)體的各成員賦值

定義結(jié)構(gòu)體變量

CMDGENE_PARA cmdpar[4] = {0};

速度模式下

配置cmdpar[0].cmdgene_in_par.velcfgpar

位置模式下

配置cmdpar[0].cmdgene_in_par.poscfgpar

（3）軌跡生成

軸0使能后，在1ms中斷內(nèi)調(diào)用軌跡生成函數(shù)，獲得對(duì)應(yīng)時(shí)間序列的速度指令、位置指令

速度模式下：vel_cmd_gene

位置模式下：pos_cmd_gene

（4）軌跡規(guī)劃重置

API:cmd_gene_disable

清除軌跡規(guī)劃中間變量，以便再次對(duì)用戶指定的PTP運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，終點(diǎn)，速度規(guī)劃算法，計(jì)算連接各點(diǎn)的加速度，加加速度，由此再推算出各點(diǎn)的位置，速度。

?速度/位置環(huán)?

計(jì)時(shí)器產(chǎn)生1ms中斷，控制速度環(huán)/位置環(huán)更新：

速度/位置指令

反饋位置/反饋速度

?同步計(jì)時(shí)器?

通過配置連接到PWM的同步觸發(fā)輸入SYNCI模塊，讓四個(gè)電機(jī)以一定的相位差開啟運(yùn)動(dòng)。

?UART/USB通信?

為了方便用戶控制電機(jī)，支持用UART或USB調(diào)試工具下發(fā)運(yùn)動(dòng)指令，用戶可在cmakelist文件中選擇使用UART或USB。MCU根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

2

Ethercat master 更新

Ethercat 主站使用開源SOEM, 當(dāng)前版本主要更新以下內(nèi)容：

優(yōu)化延時(shí)抖動(dòng)。實(shí)測(cè)掛載25臺(tái)從站設(shè)備，抖動(dòng)在20us以內(nèi)。

優(yōu)化減少RAM資源使用。

支持在裸機(jī)和RTOS下運(yùn)行。

由于 SOEM 開源協(xié)議的限制，故源代碼不會(huì)放在 hpm_apps 中，請(qǐng)自行下載源代碼并放到middleware目錄下即可。

SOEM 下載鏈接：https://github.com/hpmicro/ethercat_soem/releases。

3

其 他

全系列適配SDK1.8.0

修復(fù)HPM二級(jí)BOOT固件升級(jí)方案user_app linker文件缺少變量的問題

修復(fù)hpm_monitor服務(wù)UART通道DMA傳輸時(shí)地址轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的問題

?完 結(jié)?

在使用過程中有任何疑問或者建議，歡迎在github對(duì)應(yīng)項(xiàng)目中提交。