一直以來，傳統的伺服產品選擇將硬件電流環放在FPGA里，這樣的硬件方案需要消耗MCU更多引腳資源用于和FPGA進行數據傳輸，雙芯片占用板子面積，導致PCB布局布線困難；再者，使用FPGA后也會增加產品成本，不利于市場競爭，始終為行業和客戶所困擾。

匠芯創科技M6800系列產品獨創Hardware Current Loop（HCL）硬件電流環。創新性地采用獨立于CPU的運行模式，使其有效提升電流環帶寬，釋放更多的算力資源。可實現單顆M6800方案取代MCU+FPGA的架構，是實現伺服電機控制的電流環算法硬件化的關鍵一環。

01

HCL介紹

功能模塊：

Clarke變換

Park變換

防積分飽和PID

Ipark變換

死區補償

SVPWM計算和處理

特點：

HCL將軟件電流環算法固化在芯片里，且獨立于CPU運行，有效提升系統整體執行效率；

通過內部測試，整個硬件電流環執行周期僅為200ns，完全做到PWM占空比立即更新，從而大大提高了電流環的帶寬，充分提升系統的快速響應和魯棒性；

支持增量式編碼器和絕對式編碼器，單圈分辨率高達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);//電流環周期100us hcl_set_maxduty(0, (INV_PWM_TBPRD - 5));//設置最大占比 hcl_set_minduty(0, 5);//設置最小占空比//PWM時間常數,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);//設置q軸pid比例系數初值 hcl_set_qpidki(0, ki); //設置q軸pid積分系數初值 hcl_set_qpidmax(0, _IQ( 0.9)); //設置q軸pid輸出最大值 hcl_set_qpidmin(0, _IQ(-0.9)); //設置q軸pid輸出最小值 hcl_set_intgsep(0, _IQ( 0.9));//0.9 hcl_set_iqref(0, _IQ(0.0)); //設置q軸pid給定初值
//set daxi-pid hcl_set_dpidkp(0, kp); //設置d軸pid比例系數初值 hcl_set_dpidki(0, ki); //設置d軸pid積分系數初值 hcl_set_dpidmax(0, _IQ( 0.125)); //設置d軸pid輸出最大值 hcl_set_dpidmin(0, _IQ(-0.125)); //設置d軸pid輸出最小值 hcl_set_idref(0, _IQ(0)); //設置d軸pid給定初值 hcl_dtcmp_en(0);//死區補償打開 hcl_set_dtcomp(0, 0);//死區補償值為0 hcl_set_dtflt(0, 262); //死區補償濾波時間 hcl_en(0);//打開硬件電流環}

第二步 初始化ADC

void ADC_Init(void){//初始化ADC0 adc_q1_trig_sample_num(0, SMP_1_NODE); //設置ADC0隊列1有一個采樣點 adc_q1_node0_set(0, ADCCH4); //設置轉換通道 adc_hcl_en(0); //使能HCL自動獲取ADC0轉換值 adc_pre_set(0, 0x1); //ADC0預充設置為1 adc_smp_rate_set(0, SMP_RATE_1MHZ); //設置ADC0采樣頻率 adc_q1_cvra_en(0); //使能EPWM事件A作為ADC0轉換觸發信號 adc_q1_int_en(0); //使能ADC0隊列1轉換結束中斷 adc_en(0); //使能ADC0
//初始化ADC1 adc_q1_trig_sample_num(1, SMP_1_NODE); //設置ADC1隊列1有一個采樣點 adc_q1_node0_set(1, ADCCH5); //設置轉換通道 adc_hcl_en(1); //使能HCL自動獲取ADC1轉換值 adc_pre_set(1, 0x1); //ADC1預充設置為1 adc_smp_rate_set(1, SMP_RATE_1MHZ); //設置ADC1采樣頻率 adc_q1_cvra_en(1); //使能EPWM事件A作為ADC1轉換觸發信號 adc_en(1); //使能ADC1}

第三步 在EPWM中斷服務程序里面給硬件電流環賦值；本例中采樣EPWM0，中斷周期為100us，將速度環PID輸出值賦給硬件環即可，剩下的電流環算法自動由硬件完成，無需CPU干預。

//EPMW0周期中斷服務程序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PID給定值 pi_spd0.Fbk = speed_fack; //速度環PID反饋值 pi_cal(&pi_spd0); //速度環PID計算hcl_set_idref(0,0); //硬件電流環Id軸的給定給定為0 hcl_set_iqref(0,pi_spd0.Out); //硬件電流環Iq軸的給定為速度環的pid輸出值(*EPWM[0]).PWM_EVNT_CLR.bit.PWM_INT_CLR = 0x1 //清除中斷標志}}

Hardware Current Loop（HCL）硬件電流環從硬件配置方案和軟件性能上，全方位提升算力，實現運動控制系統性優化升級，為提升終端產品競爭力提供堅實的技術支持與成本優勢。

未來，我們將持續完善 M6800系統化解決方案，為更多行業客戶提供可持續、長周期的技術和生態支持。