RISC-V电机控制芯片在伺服驱动器的应用与方案

发布时间：2024-02-2 阅读量：4539 来源: 我爱方案网作者: bebop

导读：伺服驱动和运动装置需要高性能MCU支撑。随着开发工程师设计能力的提升，他们在MCU选型和应用场景拓展方面更趋向具备创新型替代的高性能MCU，主频高于480MHz，配置显示接口，网口和片载Flash。我爱方案网配合原厂发展方案商生态，今天推荐成功导入先楫半导体HPM5300的主控的应用方案，为设备终端制造商提供即插即用的方案PCBA。

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HPM5300是针对电机控制领域推出的高性能RISC-V架构MCU，支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展，广泛应用于工业自动化中的编码器和伺服驱动器，新能源中的微型逆变器，汽车电子中的 IMU、ECU 和汽车座椅门控模块等产品中。

HPM5300 是先楫半导体第一款全系列内置 1 MB Flash 的产品，同时内置 288KB SRAM，极大避免了低速外部存储器引发的性能损失。模拟部分集成 16bit ADC、12bit DAC 以及运放，增强整个系统精度。HPM5300 配置两个八通道的 PWM 模块，同时引入了 PLB 可编程逻辑单元，实现丰富、多逻辑的保护，提高了产品的稳定性。卓越的通讯能力在丰富的通讯接口上体现得淋漓尽致，HPM5300 系列提供多种可灵活配置的接口，包含 4 路 CAN-FD、4 路 LIN、多路 UART/SPI/I2C 以及USB OTG 内置 HS PHY，轻松实现各种接口类应用。

为了提高运控准确性，HPM5300 系列支持各类位置传感器，包括光电式、磁感应和旋转变压器，同时提供灵活的编码器输入输出，兼容总线型、模拟类和脉冲型，匹配增量和绝对编码器各种输入输出信号形式，信号转化灵活、效率高。HPM5300 系列可支持市面上主流的各类型编码器通讯协议，如多摩川，BISS-C、ENDAT、HIPERFACE 等。

在灵活全面的位置反馈支持下，HPM5300 系列在运控能力上得以进一步提升。同时 HPM5300 系列专门配置了运动处理单元，可提供位置预测和运动轨迹规划功能，为主处理器分担更多的工作量，提升效能，广泛适用于伺服驱动器、编码器等工业自动化场景。

伺服驱动器作为自动化设备的核心部件之一，其作用和应用场景对于理解自动化设备的工作原理具有重要意义。

伺服驱动器的作用

伺服驱动器是一种用于控制伺服电机的控制器，其主要作用是将上位机发出的指令转换为伺服电机能够识别的信号，从而实现对伺服电机的精确控制。伺服驱动器的主要作用如下：

1. 实现位置控制：伺服驱动器可以根据上位机发出的指令，控制伺服电机的转速和转向，从而实现对伺服电机的位置控制。这种位置控制方式具有较高的精度和响应速度，广泛应用于各种自动化设备中。

2. 实现速度控制：伺服驱动器可以根据上位机发出的指令，控制伺服电机的转速，从而实现对伺服电机的速度控制。这种速度控制方式可以实现对伺服电机的平滑启动、停止和调速，广泛应用于各种需要调速的设备中。

3. 实现力矩控制：伺服驱动器可以根据上位机发出的指令，控制伺服电机的输出力矩，从而实现对伺服电机的力矩控制。这种力矩控制方式可以实现对伺服电机的扭矩补偿和过载保护，广泛应用于各种需要力矩控制的设备中。

4. 实现位置/速度/力矩混合控制：伺服驱动器可以根据上位机发出的指令，同时控制伺服电机的位置、速度和力矩，从而实现对伺服电机的位置/速度/力矩混合控制。这种混合控制方式可以实现对伺服电机的复杂运动控制，广泛应用于各种需要复杂运动控制的设备中。

伺服驱动器的应用场景

由于伺服驱动器具有高精度、高响应速度和高可靠性等特点，其在各个领域得到了广泛的应用。以下是伺服驱动器的一些主要应用场景：

1. 机器人：机器人是伺服驱动器的一个重要应用领域。在机器人的运动控制系统中，伺服驱动器可以实现对机器人关节的精确控制，从而实现机器人的复杂运动。

2. 数控机床：数控机床是另一个重要的伺服驱动器应用领域。在数控机床的运动控制系统中，伺服驱动器可以实现对机床刀具的精确控制，从而提高加工精度和效率。

3. 印刷设备：在印刷设备中，伺服驱动器可以实现对印刷滚筒的精确控制，从而提高印刷质量和效率。

4. 医疗设备：在医疗设备中，伺服驱动器可以实现对医疗设备的运动部件的精确控制，从而提高医疗设备的性能和安全性。

5.航空航天：在航空航天领域，伺服驱动器可以实现对飞行器的姿态和轨迹的精确控制，从而提高飞行器的性能和安全性。

先楫伺服电机应用案例

先楫HPM6200高速3D打印解决方案

方案简介：基于HPM6280高性能CPU，内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM。该方案是专业为3D打印行业定制，也适合舞台灯光、雕刻机、飞达、横机等行业应用。

方案特点：该行业定制化方案相比3D打印行业传统TMC控制方案，具有高速打印、低系统成本、高同步性的优势。

应用领域：3D打印机

磁编码器方案

主控芯片：先楫HPM5300系列

方案特点：

分辨率：17b
支持最高转速：6000RPM
支持增益偏差校正
支持温漂补偿
支持掉电多圈保存
支持Offset校正

先楫优势：

高算力：480MHz
2 X 16b ADC
输出协议丰富
片内可编程运放，支持差分输入
低功耗：1.5uA
小封装：QFN 48

应用场景：伺服驱动器、机器人等

旋变硬/软解码方案

主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列

方案特点：

硬解码：RDC硬件支持快速的旋变解码
软解码：成熟方案，使用HPM5000~6000
16b ADC带来更好的解码性能
高算力、高主频带来解码低延时
丰富的编码器接口和协议，可以统一编码器平台，如磁编、光编和旋变等

先楫优势：HPM5300系列可结合QEO和SEI，可以支持多种方式输出，如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。

应用场景：

工况或环境恶劣的电机驱动，如

新能源车：电机驱动
CNC机床、磨床等

单芯片4轴驱显一体伺服方案

主控芯片：先楫HPM6000系列

方案简介：四轴伺服解决方案采用高性能的 HPM6750 作为主控，单芯片实现 HMI 与四轴伺服运动控制，稳定性好、响应速度快、控制精度高，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

方案特点：

816MHz 主频控制器，性能强悍
多伺服电机控制，高精度位置控制
集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

应用场景：多轴协同场景，如

机器人：工业机器人、SCARA机器人
机床加工、伺服方案

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