高性价比伺服控制器应用方案及选型设计准则

【导读】在现代化需求的运动控制中，伺服控制器是其中的重要组成部分，它对位置、速度和力矩的高精度控制性能，使其在工业领域得到了广泛应用。在实际应用场景中我们面临着提高效率, 节能降耗, 可靠稳定和降低成本的挑战。因此，选择到适合我们应用需求的伺服控制器，确保系统的稳定性和可靠性，至关重要。快包分析师总结了四条伺服控制器选型设计准则，并针对相关应用场景推荐高控制精度和高性价比的伺服控制器应用方案。

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1、应用需求

在选择伺服控制器之前，我们首先要清楚自己的应用需求是什么。例如，我们需要控制的运动类型是连续运动还是点位运动？所需的功率范围是多少？运动的速度要求如何？通过明确需求，我们可以更好地选择适合的伺服控制器。

2、考虑控制器性能

在选择伺服控制器时，性能是一个非常关键的因素。主要有以下几个方面需要考虑:

1.控制精度

伺服控制器的控制精度直接影响到系统的运动精度。在选择控制器时，要考虑到所需精度以及伺服控制器的能力是否能够满足要求。

2.响应速度

响应速度是指伺服控制器对控制指令的响应时间。对于某些高速运动的应用，响应速度是一个重要的考虑因素。

3.控制方式

伺服控制器的控制方式有位置控制、速度控制、扭矩控制等。根据具体应用需求选择合适的控制方式。

4.动态性能

伺服控制器的动态性能影响系统的稳定性和抗干扰能力。在选择时，要考虑到伺服控制器的动态性能是否满足应用需求。

3、兼容性和接口选择

在选择伺服控制器时，要考虑到其兼容性和接口选择。主要包括以下几个方面:

1.通信接口

伺服控制器通常需要与上位机或其他设备进行通信，选择支持常见通信接口的控制器，如RS485、以太网等。

2.编码器接口

伺服控制器需要接收编码器信号来实现闭环控制，选择控制器与应用所使用的编码器接口相匹配，确保能够正常工作。

3.扩展接口

如果应用需求较为复杂或需要拓展功能，选择具有多个扩展接口的控制器，以满足后期需求的变化。

4、性价比

最后一点，选择伺服控制器时需要考虑价格和性价比。价格较高的产品未必就是最好的选择，需考虑控制器的性能、品质和功能是否与价格相匹配。

方案一：基于先楫HPM6400/6300系列 高性价比伺服电机控制板方案。

本方案是基于先楫HPM6400/6300系列 高性价比伺服电机控制板的VC/FOC功能，具有更高的控制精度和控制效率、能更好的降低噪音和电机抖动。HPM6300系列芯片的电流环执行时间接近1us，HPM6400系列电流环执行时间更是控制在1us以内，该优势不仅能够提升带宽，还能够带来高速运算能力，实现复杂电机控制算法（如多电机同步、参数辨识、SVC（Senseless Vector Control）、谐波注入等）与电流环的同步，甚至是以更高的频率执行。电机产品能够不失精度地展现出更优异的控制性能。

方案优势

  ● 高性能CPU:单RISC-V内核，主频648MHZ

  ● 支持2路电机控制

  ● 1.5uA超低待机功耗

  ● 支持两层PCB板

  ● 温度范围在-40~125°C

  ● 车规级验证AEC-0100 G1

典型应用

适用于电机控制、新能源、工业网关、音频设备、电网的DTU、断路器等场景。

方案二：基于极海APM32F407的伺服控制器主控方案

该方案采用了Arm®Cortex®-M4内核的APM32F407系列MCU，该系列芯片拥有高主频、多外设等特性，满足了伺服控制器对主控芯片的性能与灵活性需求，与FPGA协同配合实现伺服系统中信息采集、通信与控制的功能应用。

高性能芯片，系统核心保障

APM32F407系列MCU，主频高达168MHz，在常温下可以进行适当超频以满足伺服控制系统US级别电流环控制等高实时性应用；支持单精度FPU和增强型DSP处理指令，拥有1MB FLASH及192KB SDRAM，并支持外部存储器拓展，满足系统设计需求并保障其实时响应性；工作温度覆盖-40℃~+105℃，抗干扰能力强，对电磁环境有更高容忍度，适应复杂的工业工作环境。

丰富外设，实现精准控制

丰富的应用外设，令芯片可满足伺服控制系统丰富外围器件的连接与应用场景，可对电机、驱动器和减速机进行一体化设计，实现更优于分立式的功率密度，充分优化系统；内置EMMC接口，Wait时序在100ns以内，满足与外围FPGA高效通信应用；ADC采样精度高，可对母线电流进行精确监测,从而实现有效的闭环控制；采用CAN总线实现电机控制指令传输，兼顾稳定和高效率。

适应性与安全性兼顾

APM32F407系列微控制器可以通过配置BOOT[1:0]引脚实现三种不同的启动模式，可从系统存储器、Flash及SRAM启动，被选作启动区域的存储器是由选择的启动模式决定，便于用户开发测试；内置真随机数发生器，支持AES、DES、TDES加密标准，增加支持SM3、SM4国密算法，适应国内开发环境，并有效保证用户产品信息的安全性。

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