隨著全球制造業(yè)向智能化、柔性化方向加速轉(zhuǎn)型，以及服務(wù)消費領(lǐng)域的無人化趨勢加速，協(xié)作機器人、服務(wù)機器人和智能家居市場正迎來爆發(fā)式增長。這一波增長的核心驅(qū)動，在于機器人與人類工作、生活場景的深度共融，其對核心執(zhí)行部件——伺服系統(tǒng)，提出了前所未有的要求：不僅需要極高的性能，包括高精度控制、更快的響應(yīng)速度等，還必須滿足嚴苛的成本約束、緊湊的尺寸等。為進一步滿足市場的需求，極海新推出的基于APM32F425/427系列總線型低壓伺服方案。

目標應(yīng)用

方案優(yōu)勢&價值

全閉環(huán)控制模式：方案穩(wěn)定支持位置、速度、轉(zhuǎn)矩三種閉環(huán)控制模式，可無縫覆蓋精密定位、平穩(wěn)調(diào)速、恒力輸出等絕大多數(shù)伺服應(yīng)用場景。

開放的硬件架構(gòu)：提供豐富的外設(shè)接口與可配置的硬件資源，賦予用戶高度的設(shè)計靈活性，輕松實現(xiàn)深度二次開發(fā)與定制化功能集成。

卓越的動態(tài)響應(yīng)性能：電流環(huán)更新與功率器件開關(guān)頻率均高達16kHz，確保系統(tǒng)對指令的響應(yīng)更快、更準，輕松勝任高速、高動態(tài)負載的苛刻應(yīng)用。

可視化調(diào)試：配備功能強大的上位機軟件，支持參數(shù)整定、實時波形顯示、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷于一體，極大降低開發(fā)門檻，加速產(chǎn)品上市。

APM32F425/427總線型低壓伺服方案設(shè)計基于極海自主研發(fā)的APM32F425/427系列高性能拓展型MCU，搭載Arm Cortex-M4F內(nèi)核，最高支持1MB eFlash，其中APM32F427系列內(nèi)置448KB+4KB的SRAM，APM32F425系列支持256KB Flash零等待，內(nèi)置192KB+4KB SRAM，全系列支持全溫度范圍內(nèi)240MHz主頻運行。得益于APM32F425/F427的優(yōu)秀設(shè)計，極海的總線型低壓伺服方案在執(zhí)行同樣功能代碼時，執(zhí)行時間更短，客戶可以實現(xiàn)更高效的二次開發(fā)。

APM32F425/427系列特點

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

編碼器類型：增量編碼器、絕對值編碼器（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

方案核心

方案硬件

方案硬件系統(tǒng)可拆解：為電源模塊、控制核心模塊、信號處理模塊、功率驅(qū)動模塊、保護模塊五大核心單元，各單元協(xié)同實現(xiàn)電流、速度、位置的閉環(huán)控制。其技術(shù)關(guān)鍵在于：反饋信號的精準采集，PID 及擴展算法的優(yōu)化，功率模塊的高效驅(qū)動三部分。

實現(xiàn)方式

通過TMR1模塊，產(chǎn)生3組互補PWM信號輸出，實現(xiàn)電機矢量控制

通過高精度ADC模塊，可實現(xiàn)兩路相電流信號的精確采樣，提高伺服控制精度

通過UART模塊或TMR模塊，實現(xiàn)絕對值編碼器和增量編碼器通信

通過并口模塊，與EtherCAT從站芯片高效通信，實現(xiàn)EtherCAT總線控制

通過UART模塊，實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)交互

通過I2C模塊，實現(xiàn)外部EEPROM通訊，存儲伺服關(guān)鍵參數(shù)

豐富的輸入輸出端口，滿足多種控制信號輸入或狀態(tài)輸出，提升方案的多場景適用性

方案軟件

軟件設(shè)計框圖

軟件設(shè)計方案采用三環(huán)級聯(lián)模式：

電流環(huán)，其給定來自速度環(huán)的輸出，實現(xiàn)對給定電流的快速跟蹤，并對直流母線電壓的波動，反電動勢的影響，以及被控對象的非線性等因素起到抑制作用。

速度環(huán)，其給定來自位置環(huán)的輸出，也接受來自外部模擬量或者內(nèi)部多段速的給定，實現(xiàn)對給定速度的跟蹤，并抑制負載擾動對系統(tǒng)的影響。

位置環(huán)，其位置給定來自總線控制時直接寫入的絕對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，實現(xiàn)對位置給定的精確定位，并且通過PID調(diào)節(jié)來保證無超調(diào)。

方案采用簡易的單中斷處理的設(shè)計架構(gòu)，可以實現(xiàn)電機三環(huán)閉環(huán)控制，客戶可以在此基礎(chǔ)上進行自定義功能擴展，可支持客戶更高性能，更豐富功能的產(chǎn)品設(shè)計。

中斷處理流程

測試數(shù)據(jù)

速度波動實驗測試

搭載17位磁編碼器下的實測各個速度段波形效果如下：

執(zhí)行效率測試

通過測試對比，具備零等待配置的APM32F425與同類型產(chǎn)品的代碼執(zhí)行效率對比，結(jié)果相當，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，內(nèi)含全功能軟件固件以及極海自研伺服控制上位機，配有詳細的使用手冊，方便快速使用，性能評估以及二次開發(fā)。配套的資料已在極海geehy.com官網(wǎng)上架，更多詳情可聯(lián)系極海各辦事處銷售經(jīng)理。