一直以來(lái)，傳統(tǒng)的伺服產(chǎn)品選擇將硬件電流環(huán)放在FPGA里，這樣的硬件方案需要消耗MCU更多引腳資源用于和FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雙芯片占用板子面積，導(dǎo)致PCB布局布線困難；再者，使用FPGA后也會(huì)增加產(chǎn)品成本，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，始終為行業(yè)和客戶所困擾。

匠芯創(chuàng)科技M6800系列產(chǎn)品獨(dú)創(chuàng)Hardware Current Loop（HCL）硬件電流環(huán)。創(chuàng)新性地采用獨(dú)立于CPU的運(yùn)行模式，使其有效提升電流環(huán)帶寬，釋放更多的算力資源。可實(shí)現(xiàn)單顆M6800方案取代MCU+FPGA的架構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制的電流環(huán)算法硬件化的關(guān)鍵一環(huán)。

01

HCL介紹

功能模塊：

Clarke變換

Park變換

防積分飽和PID

Ipark變換

死區(qū)補(bǔ)償

SVPWM計(jì)算和處理

特點(diǎn)：

HCL將軟件電流環(huán)算法固化在芯片里，且獨(dú)立于CPU運(yùn)行，有效提升系統(tǒng)整體執(zhí)行效率；

通過(guò)內(nèi)部測(cè)試，整個(gè)硬件電流環(huán)執(zhí)行周期僅為200ns，完全做到PWM占空比立即更新，從而大大提高了電流環(huán)的帶寬，充分提升系統(tǒng)的快速響應(yīng)和魯棒性；

支持增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器，單圈分辨率高達(dá)16777216ppr。

02

HCL操作步驟

第一步 初始化HCL

void HCL_Init(void) { U16 INV_PWM_TBPRD = 10000；hcl_cmu_init(); hcl_set_opm(0, HCL_OPM2);//Mode2,電角度選擇編碼器反饋的電角度 hcl_set_posm(0, TA_POS);//選擇絕對(duì)式編碼器
hcl_set_udm0(0, 0); //Mode0 D軸電壓 hcl_set_uqm0(0, 1475); //Mode0 Q軸電壓 0.045 hcl_set_epwmprd(0, INV_PWM_TBPRD);//電流環(huán)周期100us hcl_set_maxduty(0, (INV_PWM_TBPRD - 5));//設(shè)置最大占比 hcl_set_minduty(0, 5);//設(shè)置最小占空比//PWM時(shí)間常數(shù),3.2768 = _IQ(1)/ INV_PWM_TBPRD hcl_set_timeconst(0, _IQ(1.0)); hcl_set_curcal(0, _IQ10(1.0)); //電流增益校正 //set qaxi-pid _iq kp = _IQ(0.1983); _iq ki = _IQ(0.0244);
hcl_set_qpidkp(0, kp);//設(shè)置q軸pid比例系數(shù)初值 hcl_set_qpidki(0, ki); //設(shè)置q軸pid積分系數(shù)初值 hcl_set_qpidmax(0, _IQ( 0.9)); //設(shè)置q軸pid輸出最大值 hcl_set_qpidmin(0, _IQ(-0.9)); //設(shè)置q軸pid輸出最小值 hcl_set_intgsep(0, _IQ( 0.9));//0.9 hcl_set_iqref(0, _IQ(0.0)); //設(shè)置q軸pid給定初值
//set daxi-pid hcl_set_dpidkp(0, kp); //設(shè)置d軸pid比例系數(shù)初值 hcl_set_dpidki(0, ki); //設(shè)置d軸pid積分系數(shù)初值 hcl_set_dpidmax(0, _IQ( 0.125)); //設(shè)置d軸pid輸出最大值 hcl_set_dpidmin(0, _IQ(-0.125)); //設(shè)置d軸pid輸出最小值 hcl_set_idref(0, _IQ(0)); //設(shè)置d軸pid給定初值 hcl_dtcmp_en(0);//死區(qū)補(bǔ)償打開(kāi) hcl_set_dtcomp(0, 0);//死區(qū)補(bǔ)償值為0 hcl_set_dtflt(0, 262); //死區(qū)補(bǔ)償濾波時(shí)間 hcl_en(0);//打開(kāi)硬件電流環(huán)}

第二步 初始化ADC

void ADC_Init(void){//初始化ADC0 adc_q1_trig_sample_num(0, SMP_1_NODE); //設(shè)置ADC0隊(duì)列1有一個(gè)采樣點(diǎn) adc_q1_node0_set(0, ADCCH4); //設(shè)置轉(zhuǎn)換通道 adc_hcl_en(0); //使能HCL自動(dòng)獲取ADC0轉(zhuǎn)換值 adc_pre_set(0, 0x1); //ADC0預(yù)充設(shè)置為1 adc_smp_rate_set(0, SMP_RATE_1MHZ); //設(shè)置ADC0采樣頻率 adc_q1_cvra_en(0); //使能EPWM事件A作為ADC0轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(hào) adc_q1_int_en(0); //使能ADC0隊(duì)列1轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷 adc_en(0); //使能ADC0
//初始化ADC1 adc_q1_trig_sample_num(1, SMP_1_NODE); //設(shè)置ADC1隊(duì)列1有一個(gè)采樣點(diǎn) adc_q1_node0_set(1, ADCCH5); //設(shè)置轉(zhuǎn)換通道 adc_hcl_en(1); //使能HCL自動(dòng)獲取ADC1轉(zhuǎn)換值 adc_pre_set(1, 0x1); //ADC1預(yù)充設(shè)置為1 adc_smp_rate_set(1, SMP_RATE_1MHZ); //設(shè)置ADC1采樣頻率 adc_q1_cvra_en(1); //使能EPWM事件A作為ADC1轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(hào) adc_en(1); //使能ADC1}

第三步 在EPWM中斷服務(wù)程序里面給硬件電流環(huán)賦值；本例中采樣EPWM0，中斷周期為100us，將速度環(huán)PID輸出值賦給硬件環(huán)即可，剩下的電流環(huán)算法自動(dòng)由硬件完成，無(wú)需CPU干預(yù)。

//EPMW0周期中斷服務(wù)程序void EPWM_IRQHandler_isr(void) { u32 epwm_sts; epwm_sts = Glb_Pwmcs_Regs.GLB_EPWM_INT_STS.all;//判斷是否epwm0中斷 if((epwm_sts & EPWM0_INT_PEND) == EPWM0_INT_PEND) {pi_spd0.Ref = speed_ref; //速度環(huán)PID給定值 pi_spd0.Fbk = speed_fack; //速度環(huán)PID反饋值 pi_cal(&pi_spd0); //速度環(huán)PID計(jì)算hcl_set_idref(0,0); //硬件電流環(huán)Id軸的給定給定為0 hcl_set_iqref(0,pi_spd0.Out); //硬件電流環(huán)Iq軸的給定為速度環(huán)的pid輸出值(*EPWM[0]).PWM_EVNT_CLR.bit.PWM_INT_CLR = 0x1 //清除中斷標(biāo)志}}

Hardware Current Loop（HCL）硬件電流環(huán)從硬件配置方案和軟件性能上，全方位提升算力，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)性?xún)?yōu)化升級(jí)，為提升終端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持與成本優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)，我們將持續(xù)完善 M6800系統(tǒng)化解決方案，為更多行業(yè)客戶提供可持續(xù)、長(zhǎng)周期的技術(shù)和生態(tài)支持。