BLDC FOC控制還在哼哧哼哧的畫(huà)板子，寫(xiě)代碼，調(diào)參數(shù)？本文找到了一個(gè)電機(jī)控制“神器”，硬件實(shí)現(xiàn)FOC，無(wú)需代碼。此刻開(kāi)始，F(xiàn)OC變得更有意思咯——

電機(jī)控制算法有多磨人，幾位工程師朋友如是說(shuō)：

如果你不是專(zhuān)業(yè)的電機(jī)算法工程師，而只是要做電機(jī)控制的應(yīng)用的話，也許有更好的方法，不用死磕算法，1個(gè)芯片就能搞定。

1個(gè)電機(jī)控制器=

MCU+電機(jī)驅(qū)動(dòng)器+門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器+源管理器

這個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)FOC，無(wú)需代碼的神器就是ADI最新推出的高度集成的單片柵極驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制器TMC9660。

FOC控制的目標(biāo)是電機(jī)，算法最終會(huì)在硬件上實(shí)現(xiàn)，所以無(wú)需代碼的FOC控制，就意味著硬件要十分強(qiáng)大了。雖然尺寸僅有9mm x 9mm，64個(gè)引腳，但小巧的TMC9660內(nèi)部“暗藏乾坤”——

? Motion Control Core (MCC) 運(yùn)動(dòng)控制

這是TMC9660最關(guān)鍵的部分，以硬件實(shí)現(xiàn)，具有高度的軟件可配置性：

1）硬件實(shí)現(xiàn)的磁場(chǎng)定向控制器/FOC，用于寬帶寬電流控制環(huán)路

2）硬件實(shí)現(xiàn)的位置、速度和扭矩控制器，可實(shí)現(xiàn)快速、精確的控制

3）8 點(diǎn) Ramp 生成器，在硬件中實(shí)時(shí)進(jìn)行 Ramp 計(jì)算，優(yōu)化電機(jī)的運(yùn)動(dòng)

4）快速空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）引擎（2kHz ...100kHz），時(shí)鐘頻率為120MHz

因此，TMC9660能夠支持最常用的電機(jī)類(lèi)型的控制，包括三相永磁同步電機(jī) （PMSM）/無(wú)刷直流 （BLDC）、兩相步進(jìn)電機(jī)和有刷直流電機(jī)。

?嵌入式微控制器系統(tǒng)

TMC9660內(nèi)部還嵌入了一個(gè)預(yù)編程的嵌入式微控制器系統(tǒng)，這是TMC9660不可或缺的部分，可以用做基本的電機(jī)控制以及外部通信等。

這部分里面包含一個(gè)以40MHz運(yùn)行的32位RISC-V微處理器，帶SRAM（48KB）的存儲(chǔ)器、帶引導(dǎo)加載程序的OTP和只讀存儲(chǔ)器（ROM）、直接寄存器訪問(wèn)和參數(shù)固件。此外，還有用于通信的SPI、UART和I2C接口，電機(jī)控制（包括MCC、智能門(mén)驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量單元/MU）和幾個(gè)定時(shí)器單元的外圍設(shè)備。

?Gate Driver驅(qū)動(dòng)單元

門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的重要性，想必很多小伙伴都知道。它是連接控制系統(tǒng)與功率半導(dǎo)體器件之間的重要橋梁，可以將控制電路發(fā)出的低電平控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠驅(qū)動(dòng)大功率半導(dǎo)體器件所需的大電流或高壓信號(hào)，確保這些功率器件按照預(yù)定的開(kāi)關(guān)時(shí)序準(zhǔn)確無(wú)誤地工作。

TMC9660就集成了專(zhuān)為電機(jī)控制量身定制的70V專(zhuān)用智能門(mén)驅(qū)動(dòng)電路，可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè)外部NMOS+NMOS半橋。此外還有可配置的用于EMI緩解的斜率控制、用于防dV/dt誘導(dǎo)導(dǎo)通、過(guò)電流和柵極短路保護(hù)的智能定序器等等。

?PMU電源管理單元

TMC9660集成的電源管理單元老厲害了。

首先，它有很寬范圍的工作電壓，低至7.7V，高達(dá)70V的電源都可以工作。這樣，電機(jī)的電源電壓就可以給它供電，不再需要額外的電源芯片了。

其次，一個(gè)電機(jī)電源，TMC9660不僅可以自己用，還可以給外部負(fù)載供電，這得益于它內(nèi)部集成的一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器（降壓）、一個(gè)電荷泵、兩個(gè)可配置的LDO，以及兩個(gè)為T(mén)MC9660內(nèi)部供電的1.8V LDO。

從這些TMC9660內(nèi)部構(gòu)成來(lái)看，所以我說(shuō)1片TMC9660，可以是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以是MCU，可以是門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器，可以是電源管理器。

TMC9660電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制demo

全網(wǎng)首發(fā)評(píng)測(cè)

TMC9660真的不需要代碼，就可以進(jìn)行FOC控制嗎？全球排名前列的電子元器件授權(quán)代理商WT文曄科技，與B站大V達(dá)爾聞合作，全網(wǎng)首測(cè)TMC9660電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制demo。

這套demo由四個(gè)部分組成：

1）TMC9660-STEPPER-EVAL評(píng)估板

在評(píng)估板上，除了TMC9660和簡(jiǎn)單的外圍電路之外，還有MOS橋部分，以及一些接口：

1個(gè)電機(jī)接口連接電機(jī)的UVW三相；2個(gè)編碼器和1個(gè)霍爾傳感器的接口，接受來(lái)自電機(jī)的反饋信號(hào)；1個(gè)UART和1個(gè)SPI接口，與外部進(jìn)行通信

2）PC接口板：也就是Landungsbrücke接口板，板子上有一顆MCU，通過(guò)USBtype-C接口，可以連接電腦。這是模塊化評(píng)估系統(tǒng)之一，使用它，即使是沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)的工程師也可以快速上手。

3）橋接板：也是連接器板，通過(guò)它，可以訪問(wèn)PC接口板和相應(yīng)評(píng)估板之間的所有信號(hào)。

4）電機(jī)：這里連接的是BLDC電機(jī)。

通過(guò)官方的PC接口板和橋接板，一根USB typc-C的數(shù)據(jù)線，一個(gè)電源，連上評(píng)估板，一切準(zhǔn)備就緒了。

軟件IDE

配置FOC

在硬件上實(shí)現(xiàn)FOC控制，其實(shí)是原廠工程師已經(jīng)在芯片底層做完了FOC算法，我們只需要在上層進(jìn)行寄存器或者參數(shù)配置就可以了，其中參數(shù)模式更為簡(jiǎn)單，就相當(dāng)于直接買(mǎi)個(gè)成品的驅(qū)動(dòng)器了。

TMC9660配置可以通過(guò)橋接板使用官方的TMCL-IDE進(jìn)行調(diào)試，也可以使用USB轉(zhuǎn)UART的接口連接電腦，然后使用電腦自帶的PowerShare命令行調(diào)試。

好的配套軟件，可以幫助工程師快速的上手，TMCL-IDE就是功能十分強(qiáng)大的調(diào)試工具，所以為了展示它的強(qiáng)大，我們就通過(guò)PC接口板連接電腦，體驗(yàn)TMC9660。

總結(jié)一下重點(diǎn)的配置步驟：

第一步：準(zhǔn)備好硬件連接，以及在PC上安裝TMCL-IDE。

第二步：上電，在TMCL-IDE選擇板卡：TMC9660-stepper-BL，并將ioconfig配置文件upload到板子。配置文件包括TMC9660的SPI、UART通信接口設(shè)置，霍爾、編碼器接口與TMC9660的IO對(duì)應(yīng)等信息。

第三步：開(kāi)啟FOC配置

1）選擇連接的電機(jī)，BLDC，設(shè)置電機(jī)參數(shù)，最大電流3A。

2）配置CSA和ADC，并讓電機(jī)開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)起來(lái)，紅色電壓，綠色反饋回來(lái)的電流一致，但電機(jī)動(dòng)作有抖動(dòng)。

3）電流環(huán)PI配置，可以直接點(diǎn)擊同步參數(shù)，以及推薦PI值，點(diǎn)擊測(cè)試，目標(biāo)電流和實(shí)際電流，響應(yīng)很及時(shí)，也沒(méi)有超調(diào)。

4）霍爾配置，讓實(shí)際反饋和控制落在同一象限，并進(jìn)行測(cè)試，反饋的電壓、電流與目標(biāo)值也是一致。

5）編碼器配置，讓實(shí)際和控制保持同一方向。然后設(shè)置基于編碼器的FOC控制，觸發(fā)方式選擇霍爾，這個(gè)時(shí)候測(cè)試電機(jī)，就沒(méi)有抖動(dòng)，很平穩(wěn)的運(yùn)行。

6）速度環(huán)PI配置，直接可以點(diǎn)擊findcurrent，找到配置參數(shù)，然后再次測(cè)試，電機(jī)會(huì)自動(dòng)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，并且電流和電壓的響應(yīng)情況，可以看到與目標(biāo)一致。

通過(guò)這幾步，就輕松的完成TMC9660的配置了，接下來(lái)就可以基于FOC控制了。

接下來(lái)，就可以調(diào)整PID參數(shù)，讓電機(jī)運(yùn)動(dòng)到最佳狀態(tài)。

TMCL-IDE還提供了參數(shù)設(shè)置與反饋數(shù)據(jù)，還有更直觀的曲線圖，包括速度上升或下降曲線，電流大小等。

一套流程走下來(lái)，大家發(fā)現(xiàn)沒(méi)，真是輕輕松松就可以配置好TMC9660的FOC控制了，全程不需要任何代碼。

當(dāng)然，本次只是上手體驗(yàn)了TMC9660最基本的控制，如果真的用在項(xiàng)目中，還是得好好研究一下。不過(guò)，即使遇到問(wèn)題，也不用怕，WT文曄可以為大家提供支持，有需要可以通過(guò)郵件聯(lián)系我們。