當今，人工智能（AI）作為最前沿的科技之一，正以前所未有的速度快速發展，市場關注熱度也不斷攀升。從Atlas人形機器人到擎天柱（Optimus），各類AI機器人的表現讓人驚嘆。然而，在所有機器人項目中，電機驅動可以說是核心，也是一門深厚的學問。

技術型授權代理商Excelpoint世健邀請到了21IC資深工程師TopGun*為大家評測ADI Trinamic的無刷電機控制開發板，帶你入門電機驅動。

*TopGun從事機器人領域，具有7年研發經驗。

關于ADI Trinamic

ADI Trinamic是嵌入式電機和運動控制領域的技術領導者，擁有二十多年經驗，在半導體行業被稱作是一個神話，主要致力于運動控制產品的設計與研發（包括步進和直流無刷和伺服系統）。其主要產品包括芯片、模塊和系統。產品具有體積小、集成度高、性能強等主要特點，可謂電機領域的“卷”王。ADI Trinamic將傳統軟件算法通過硬件來實現，可極大減輕生產研發的工作量。例如，集成S曲線加減速算法，可以讓運動性能得到極大地提升，集成FOC算法可以讓無刷電機開發變得輕而易舉等等。

TMC4671硬件解剖

?拆包

拿到套件，外包裝是用可回收的紙箱，側面貼有套件的信息。

包裝做成了抽屜型，很有特色且很環保。抽出包裝后可以看到，里面有減震泡棉保護里面的板子。

把包裝里面東西都拆出來后，可以看到用靜電包裝著的板子，還有一根TYPE-C數據線。

拆開每個靜電包裝就可以看到每塊板子的真容了，套件清單如下：

? Landungsbruecke x 1

?TMC4671-EVAL x 1

?TMC6200-EVAL x 1

?MOTOR CONTROL x 2

?TYPE-C數據線 x 1

?Landungsbruecke介紹

Landungsbruecke主板正面很清爽，很多元器件都是NC。背面沒有元器件很清爽，上面有板子的說明、網址等信息。

板子用的主控是NXP的MK20DX系列（飛思卡爾已被NXP收購）。Landungsbruecke主板的主要功能是配合TMCL-IDE上位機，讓開發者快速配置開發板，快速配置及調試電機。

?TMC4671-EVAL介紹

板子正面四周設計了排針排母，方便用戶擴展接口；左右兩邊的排母主要用于官方板卡的擴展級聯，有數字霍爾、增量編碼器接口，以及模擬量編碼器接口；背面主要是一些電容電阻和緩沖器。板載的芯片型號為TMC4671-LA，為QFN76封裝，不復雜的硬件能極大地提高生產的可靠性，同時降低維修難度。

ADI TMC4671是一款完全集成的伺服控制器，可為BLDC/PMSM和兩相步進電機以及直流電機和音圈提供磁場定向控制(FOC)。所有控制功能都在硬件中實現。集成 ADC、位置傳感器接口、位置插值器，為廣泛的伺服應用提供功能齊全的伺服控制器。

TMC4671是本套件的核心所在，其硬件集成的電機控制算法及三環控制算法使得開發電機不需要編寫一行代碼即可完成，簡單配置幾個寄存器就可以輕松完成項目開發。

?TMC6200-EVAL介紹

TMC6200-EVAL為高壓柵極控制器主板。正面主芯片為TMC6200-TA,，TQFP48封裝。6顆黑色芯片為英飛凌的mos管，型號為BSC026N08NS5ATMA1，具有6顆采樣電阻。配有供電接線端子，以及三相電機的接線端子。板子背面同樣沒有任何元器件，只有關于板子的介紹；通信接口為SPI，供電電壓范圍為8~55V，最大峰值電流為10A。

?Motor Control介紹

這里就不多介紹了，這個板子比較簡單，主要作用就是連接兩塊板子，用于板子級聯。

套件級聯后的效果如上圖，通過Motor Control連接板實現套件的級聯。

小試牛刀，快速配置

工程師本人手上有個帶霍爾傳感器的無刷電機，剛好可以用來測試這個TMC4671套件。接好電源、電機三相線及霍爾接線，再用type-c線連接套件和電腦。

打開TMCL-IDE后，可以看到已經可以識別到Landungsbruecke主板，固件版本也能正常獲取為V3.08。

在右邊的配置面板可以自己選擇板子的型號，也可以點擊“Scan”自動掃描板子。

選擇TMC4671-EVAL板子配置，點擊“Wizard Pool”按鈕進行配置向導一步步對TMC4671進行配置。

第一步，配置一下套件的功能，因為測試電機沒有ABZ編碼器，所以這幾項得取消了。

接下來需要進行通用配置，此套件功率板用的是TMC6200-EVAL，電機類型選擇3-Three phase BLDC，電機的極對數選擇8，其他配置默認即可。

繼續配置開環參數，點擊“Set defaults”按鈕，拖動UD_EXT的滑動條，然后點擊“運行”按鈕，電機就會開始慢速轉動起來，左右兩邊的箭頭為控制轉動的方向，快進鍵為電機點動。

再下一個頁面是對ADC進行配置。此頁面只要能正常看到有ADC正弦波形即可，主要看ADC采集是否正常。

接下來對ADC進行偏移校準，兩路ADC軟件都通過實時采樣數據自動算好偏移值了，直接點一下“Set”按鈕就行了。

將頁面往下拉，需要確保三相的電壓和ADC采集的數據曲線重合，否則需要調整0x0A寄存器里面ADC的選擇配置，直到曲線基本重合。

接下來對霍爾傳感器進行配置，根據向導要讓霍爾信號與電信號交叉，因為測試電子自帶霍爾，所以不需要進行額外的校準，已經可以直接使用了。

配置好霍爾傳感器進入測試步驟，首先點一下“Set defaults and start”按鈕，輸入目標電流點擊運行，觀測電機到電機能正常跑起來了，說明霍爾接口配置正常。到這里，配置向導基本完成，已經對套件完成初始化配置了。

電機性能測試

初始化向導后，就可以對套件進一步調試了。首先，打開“Selectors”對電角度輸入源，速度反饋源位置反饋源進行配置，這里都設為霍爾傳感器作為反饋。

PID參數調節是電機控制的痛點，TMC上位機這邊提供了參數擬定的工具，選擇“Torque/Flux”，點擊“Start”開始后，就會自動對電機電流環進行參數擬定，擬定后的參數會自動同步到“PI control”中。

速度環的PI參數擬定也是同樣的邏輯。設定好目標速度后，選擇“Velecity”，點擊開始后，即可對速度環進行參數擬定。

PID參數擬定完畢，我們就可以來測測實際的運行性能了。首先，對電流環進行測試，設定目標電流后，利用左右箭頭兩種按鈕切換電機運行方向，通過換向來驗證階躍響應，也可自行微調PI參數達到更理想的運行效果。

接著，來測試速度環的性能。切換到速度模式，跟測試電流環一樣，手動控制電機運動換向測試響應和跟隨性，可以看到目標速度和實際反饋速度基本重合，說明跟隨性很不錯。

接著測試位置環，切換到位置環模式，設置目標位置，電機能很快運動到目標位置并收斂在目標位置。測試電機位置環，通過人為擰動電機，電機會很快就收斂到目標位置。不過，要想進一步提升位置環的性能，單純用霍爾傳感器是不夠的，一般位置環的應用一般需要增量編碼器或者絕對式編碼器。

總結

ADI Trinamic推出的TMC4671真是電機控制領域的福音，由于算法直接集成到了芯片內部，電機小白可以不用研究晦澀難懂的clarke、park、反clarke、反park等FOC控制理論知識，只需要配置簡單的寄存器，即可對電機進行快速開發，極大地節省了開發成本，相信定是未來一大趨勢，未來可期。