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    代碼開源!國產MCU平臺開發的EtherCAT工業PLC伺服驅動方案

    發布時間:2025-03-14 來源:我愛方案網 責任編輯:lina

    【導讀】工業自動化領域,EtherCAT作為一種高效的工業以太網協議,以其出色的實時性能、靈活的拓撲結構和強大的擴展能力,成為眾多伺服驅動與步進驅動產品研發的首選。


    工業自動化領域,EtherCAT作為一種高效的工業以太網協議,以其出色的實時性能、靈活的拓撲結構和強大的擴展能力,成為眾多伺服驅動與步進驅動產品研發的首選。


    我愛方案網配合原廠生態,推薦基于HPM6E00開發的全套伺服驅動器整機方案,方案整套代碼開源可交付,更方便工程師設計開發相應方案。


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    代碼開源!國產MCU平臺開發的EtherCAT工業PLC伺服驅動方案


    先楫HPM6E00伺服驅動器整機方案

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    代碼開源!國產MCU平臺開發的EtherCAT工業PLC伺服驅動方案


    先楫HPM6E00伺服驅動器支持單相AC~90V- AC~253V 電源供電,配合100W~750W 高響應伺服電機(電機搭配17位絕對值編碼器),實現全閉環功能,電機運行安靜平穩。該方案支持適配電機、支持EtherCAT總線控制,支持DI輸入和DO輸出,具備過流、過壓、過載等保護。該方案應用于電子制造、鋰電、機械手、包裝、機床等行業的自動化設備,以其高性能實現快速精確的位置控制、速度控制和轉矩控制,提高系統的響應速度和生產效率。


    方案硬件結構:


    代碼開源!國產MCU平臺開發的EtherCAT工業PLC伺服驅動方案


    EtherCAT 高壓驅動器是先楫研制的高性能中小功率的直流伺服產品。該系列產品支持的功率范圍為 100W~750W,采用以太網通訊接口,支持 EtherCAT 通訊協議,配合上位機可實現多臺伺服驅動器聯網運行。

    電路設計包含電源模塊,通訊模塊,電機控制模塊。


    電源模塊:將 AC220V 整流成 DC310V 提供給電機驅動模塊。

    通訊模塊:負責 EtherCAT 通訊,菜單控制交互,調試交互

    電機控制模塊:負責電機驅動, 電機電流采樣 ,母線電壓采樣,編碼器讀取,故障保護。


    電機架構


    代碼開源!國產MCU平臺開發的EtherCAT工業PLC伺服驅動方案



    本方案電機的最基礎的控制框架是基于 FOC 的三環控制

    三環控制機制

    1、首先是電流環,此環完全在伺服驅動器內部進行,通過 HPM6E80 的 SDM 檢測電機的各相的輸出電流以及通過 HPM6E80 的 SEI 讀取伺服電機編碼器的角度值,經過克拉克變換、帕克變換后負反饋給電流的設定進行 PID 調節,從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流。電流環輸出控制的電壓值經過克拉克逆變換、帕克變逆換后經 HPM6E80 的 PWMV2 模塊轉換為互補控制信號輸出給 H 橋控制電機的電流輸出。
    2、第二環是速度環,通過 HPM6E80 的 SEI 讀取伺服電機編碼器的信號并計算實際轉速來進行負反饋 PID 調節,它的環內 PID 輸出直接就是電流環的設定,所以速度環控制時就包合了速度環和電流環,換句話說任何形式都必須使用電流環,電流環是控制的根本,在速度和位置控制的同時系統實際也在進行電流(轉矩)的控制以達到對速度和位置的相應控制。
    3、第三環是位置環,它是最外環,可以在驅動器和伺服電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建,要根據實際情況來定。由于位置控制環內部輸出就是速度環的設定,位置控制模式下系統進行了所有 3 個環的運算,此時的系統運算量最大,動態響應速度也最慢。


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