低压伺服驱动器方案与关键元器件选型因素

【导读】伺服驱动器按照供电电压的区分，有低压和高压伺服驱动之分，低压伺服驱动器通过力矩、速度、位置三种方式对伺服电机进行精准控制，被广泛应用于低压供电场合、定位控制、移动供电场合等安装空间小、用电安全高的自动化应用场景中。选择合适的伺服驱动器对于确保系统性能、稳定性和成本效益至关重要。快包分析师将帮助您考虑选型过程中的关键因素，以选择最适合您应用的伺服驱动器。

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低压伺服驱动器选型

1. 负载特性分析

首先，您需要分析您的机械负载特性，包括负载大小、转动惯量、摩擦特性等。这些因素将影响伺服驱动器的扭矩需求和性能。

2. 动力需求计算

基于负载特性，您需要计算所需的动力需求，包括最大扭矩、转速范围等。这些参数将指导您选择合适的伺服驱动器和电机组合。

3. 控制精度要求

不同的应用对控制精度有不同的要求。您需要考虑您的系统需要的定位精度、速度控制精度和加速度控制精度。这将影响伺服驱动器的选型，例如选择高分辨率的编码器和精确的控制算法。

4. 环境条件

环境因素如温度、湿度、振动和电磁干扰等可能对伺服驱动器的性能产生影响。您需要根据实际应用的环境条件选择合适的驱动器型号，并考虑适当的防护措施。

5. 通信接口需求

现代伺服驱动器通常支持多种通信协议，如EtherCAT、PROFINET、Modbus等。您需要根据您的自动化系统的通信需求选择支持适当通信接口的伺服驱动器。

6. 安装尺寸限制

在选择伺服驱动器时，需要考虑其在机械结构中的安装尺寸限制。确保所选驱动器符合您的空间要求，并考虑适当的散热和通风。

7. 成本预算分析

成本是选型过程中的一个重要考虑因素。您需要根据您的预算分析，选择性价比高的伺服驱动器。同时，考虑驱动器的长期维护和保修服务成本。

方案一：先楫HPM6300低压伺服驱动器应用方案

基于HPM6300的低压伺服驱动器应用方案，具有高性能、高可靠性、高性价比等优点，在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行，主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计。

典型系统框图

方案特点

• 采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列，主频高达 648MHz，Coremark 高达 3390，提高了伺服的响应特性。

• 利用HPM6300的 3个独立 16位ADC，可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样，提高伺服的控制精度。

• 支持大容量本地存储，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM)，提高代码或数据的访问速度，有助于实现快速电流环。

• 内置16位 FMEC接口，满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。

• 完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码，其中，电流环延时仅1.06us，有效缩短客户的产品开发时间，为 ”单芯片” 伺服提供可能性。

• 内置 CAN接口，支持 CANFD通讯。

• 内置 FFT/FIR协处理器，实现快速的FFT计算，对于电流、电压信号进行实时分析，助力电机预维护功能。

产品优势

（1）高性能CPU

• RISC-V 内核，支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展，主频高达 648MHz。

• 32KB 高速缓存 (I/D Cache) 和高达 256KB 的零等待指令和数据本地存储器 (ILM / DLM)，加上 512KB 通用SRAM。

• 内置快速傅里叶变换和数字滤波器硬件加速引擎，极大提升 FFT 和 FIR 的运算速度。

（2）高性能模拟资源

• 3 个 2MSPS 16 位高精度 ADC，配置为 12 位精度时转换率可达 4MSPS，多达 24个模拟输入通道。

• 2个模拟比较器和 1个 1MSPS 12 位 DAC。

（3）片内资源丰富

• 1 个百兆以太网，支持IEEE1588；1 个内置 PHY 的高速USB；2路CAN/CAN-FD；支持 9路 UART、 4路SPI、 4路I2C 等外设。

• 2 组共 16 路精度达 3.0ns 的 PWM。

（4）安全

• 集成 AES-128/256, SHA-1/256 加速引擎和硬件密钥管理器。

• 基于芯片生命周期的安全管理，以及多种攻击的检测，进一步保护敏感信息。

方案二：极海APM32F407低压伺服驱动器应用方案

极海APM32F407低压伺服驱动器应用方案，具有高效运算处理能力、高可靠性、高功率密度，在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行，主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计。

方案特点

• 速度控制模式：通过按键设定目标速度，电机转速稳定在目标速度；

• 位置模式模式：通过按键设定目标位置，电机能精准停留在设定位置；

• 编码器接口：可连接增量编码器，实现高精度控制；

• EtherCAT模块：可实现EtherCAT通信，配合PLC、PC、EC实现复杂的运动控制；

• 人机交互：读取FLASH的UI素材并显示到LCD屏，LCD能显示目标速度/位置、实际速度/位置、运行模式、运行状态，更直观地体现系统的运行情况。

APM32F407 低压伺服驱动器方案实现框图

APM32F407 MCU优势

（1）出色的运算能力

Arm®Cortex®-M4F内核，支持单精度FPU和增强型DSP处理指令，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。

（2）丰富的片上资源

丰富的应用外设，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。

（3）高性能ADC

ADC采样精度高，可对电流进行精确监测，从而实现有效的闭环控制。

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