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代碼開源!國(guó)產(chǎn)MCU平臺(tái)開發(fā)的EtherCAT工業(yè)PLC伺服驅(qū)動(dòng)方案

發(fā)布時(shí)間:2025-03-14 來源:我愛方案網(wǎng) 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,EtherCAT作為一種高效的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,以其出色的實(shí)時(shí)性能、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的擴(kuò)展能力,成為眾多伺服驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)的首選。


工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,EtherCAT作為一種高效的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,以其出色的實(shí)時(shí)性能、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的擴(kuò)展能力,成為眾多伺服驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)的首選。


我愛方案網(wǎng)配合原廠生態(tài),推薦基于HPM6E00開發(fā)的全套伺服驅(qū)動(dòng)器整機(jī)方案,方案整套代碼開源可交付,更方便工程師設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)方案。


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先楫HPM6E00伺服驅(qū)動(dòng)器整機(jī)方案

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代碼開源!國(guó)產(chǎn)MCU平臺(tái)開發(fā)的EtherCAT工業(yè)PLC伺服驅(qū)動(dòng)方案


先楫HPM6E00伺服驅(qū)動(dòng)器支持單相AC~90V- AC~253V 電源供電,配合100W~750W 高響應(yīng)伺服電機(jī)(電機(jī)搭配17位絕對(duì)值編碼器),實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)功能,電機(jī)運(yùn)行安靜平穩(wěn)。該方案支持適配電機(jī)、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(hù)。該方案應(yīng)用于電子制造、鋰電、機(jī)械手、包裝、機(jī)床等行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備,以其高性能實(shí)現(xiàn)快速精確的位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和生產(chǎn)效率。


方案硬件結(jié)構(gòu):


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EtherCAT 高壓驅(qū)動(dòng)器是先楫研制的高性能中小功率的直流伺服產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品支持的功率范圍為 100W~750W,采用以太網(wǎng)通訊接口,支持 EtherCAT 通訊協(xié)議,配合上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

電路設(shè)計(jì)包含電源模塊,通訊模塊,電機(jī)控制模塊。


電源模塊:將 AC220V 整流成 DC310V 提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

通訊模塊:負(fù)責(zé) EtherCAT 通訊,菜單控制交互,調(diào)試交互

電機(jī)控制模塊:負(fù)責(zé)電機(jī)驅(qū)動(dòng), 電機(jī)電流采樣 ,母線電壓采樣,編碼器讀取,故障保護(hù)。


電機(jī)架構(gòu)


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本方案電機(jī)的最基礎(chǔ)的控制框架是基于 FOC 的三環(huán)控制

三環(huán)控制機(jī)制

1、首先是電流環(huán),此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行,通過 HPM6E80 的 SDM 檢測(cè)電機(jī)的各相的輸出電流以及通過 HPM6E80 的 SEI 讀取伺服電機(jī)編碼器的角度值,經(jīng)過克拉克變換、帕克變換后負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié),從而達(dá)到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流。電流環(huán)輸出控制的電壓值經(jīng)過克拉克逆變換、帕克變逆換后經(jīng) HPM6E80 的 PWMV2 模塊轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)控制信號(hào)輸出給 H 橋控制電機(jī)的電流輸出。
2、第二環(huán)是速度環(huán),通過 HPM6E80 的 SEI 讀取伺服電機(jī)編碼器的信號(hào)并計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速來進(jìn)行負(fù)反饋 PID 調(diào)節(jié),它的環(huán)內(nèi) PID 輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定,所以速度環(huán)控制時(shí)就包合了速度環(huán)和電流環(huán),換句話說任何形式都必須使用電流環(huán),電流環(huán)是控制的根本,在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。
3、第三環(huán)是位置環(huán),它是最外環(huán),可以在驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建,要根據(jù)實(shí)際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定,位置控制模式下系統(tǒng)進(jìn)行了所有 3 個(gè)環(huán)的運(yùn)算,此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)算量最大,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也最慢。


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