工程師說 | 單個(gè)MCU即可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)控制！基于RX72T的4電機(jī)控制示例

隨著MCU功能和性能的提高，從單電機(jī)/單MCU到多電機(jī)/單MCU進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化和系統(tǒng)成本的降低。尤其是在洗衣機(jī)和空調(diào)等領(lǐng)域，這種趨勢非常明顯，現(xiàn)在幾乎所有的產(chǎn)品都是多電機(jī)控制。本期將介紹使用可多電機(jī)控制的RX72T對4個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制的演示。

柏崎 直人

Sr Staff Product Marketing Specialist

不同的電機(jī)控制方式，MCU所需的處理性能和功能資源也不同。本期演示采用了無傳感器矢量控制。無傳感器矢量控制是一種高效且可降低傳感器BOM成本的控制方法，但由于需要進(jìn)行電機(jī)角度估計(jì)和矢量控制的運(yùn)算，因此MCU需要更高的CPU處理性能。RX72T為實(shí)現(xiàn)4電機(jī)控制，采用了RX第三代CPU內(nèi)核“RXv3”（6.01 CoreMark/MHz）和三角函數(shù)加速器（TFU），具有同類最快的CoreMark性能，能夠快速執(zhí)行矢量控制所需的運(yùn)算和處理。優(yōu)點(diǎn)是還具有互補(bǔ)PWM定時(shí)器和ADC等電機(jī)控制所需的功能，以實(shí)現(xiàn)4個(gè)電機(jī)的控制。

4電機(jī)控制中使用的功能

在本演示中，將使用以下外圍功能來實(shí)現(xiàn)4電機(jī)控制：

使用RX72T進(jìn)行4電機(jī)控制的示意圖

4電機(jī)控制的要點(diǎn)

在本期演示中，通過無傳感器矢量控制對最多4個(gè)電機(jī)進(jìn)行速度控制和獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，但這需要檢測每個(gè)電機(jī)的電流并進(jìn)行相應(yīng)的PWM輸出。該電流檢測時(shí)序和進(jìn)行控制運(yùn)算的時(shí)序是多電機(jī)控制的關(guān)鍵，在此簡要介紹。另外，本期演示采用了檢測兩相電流并還原三相電流的方式。

RX72T總共配備了3個(gè)ADC，本期演示將電機(jī)1和電機(jī)2的電流檢測分配給單元0，電機(jī)3和電機(jī)4的電流檢測分配給單元1。分配給同一單元的電機(jī)電流檢測時(shí)序必須錯(cuò)開，因?yàn)闊o法同時(shí)檢測電流。電流是通過分流電阻檢測逆變器下臂在導(dǎo)通期間流過的電流，通過反向設(shè)置電機(jī)1和2、電機(jī)3和4的PWM正相和反相信號(hào)的有效電平，防止逆變器下臂的信號(hào)同時(shí)導(dǎo)通。因此，AD轉(zhuǎn)換時(shí)序分布在PWM的峰/谷側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的電流檢測。通過使用“組掃描模式”，AD轉(zhuǎn)換可以在一個(gè)單元中支持兩個(gè)電機(jī)的電流檢測。

PWM正相反相與逆變器上下臂的關(guān)系

※電機(jī)1可以在PWM的峰側(cè)檢測電流，電機(jī)2可以在PWM的谷側(cè)檢測電流。

//控制處理時(shí)序

接下來我們看一下整個(gè)時(shí)序，包括電機(jī)控制時(shí)序。重要的是PWM中斷處理（矢量控制處理）、用于電流檢測的AD轉(zhuǎn)換時(shí)序和PWM輸出的緩沖寄存器傳輸時(shí)序。

電機(jī)1和電機(jī)2與MTU定時(shí)器同步，將AD轉(zhuǎn)換時(shí)序分布在峰側(cè)和谷側(cè)，并調(diào)整PWM周期中斷的執(zhí)行時(shí)序和緩沖寄存器的傳輸時(shí)序與之匹配。電機(jī)3和電機(jī)4使用GPT定時(shí)器，以類似于電機(jī)1/2的工作方式工作。

電機(jī)1/2各種處理時(shí)序

電機(jī)3/4各種處理時(shí)序

※由于在電機(jī)4的谷中斷期間數(shù)據(jù)不更新，因此執(zhí)行與電機(jī)2相同的動(dòng)作。

當(dāng)MTU和GPT在相同的載波頻率下同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，如果MTU和GPT的中斷優(yōu)先級(jí)相同，則從首先發(fā)生中斷的一方開始依次執(zhí)行中斷處理。需要設(shè)置控制周期，以使這些處理時(shí)間在控制周期內(nèi)。使用RX72T時(shí)，每個(gè)電機(jī)的處理時(shí)間為8[us]左右，因此在本期演示中，將電流控制周期設(shè)置為50us是沒有問題的。

4電機(jī)控制的情況

本期介紹的演示雖然主板和電纜類產(chǎn)品沒有公開銷售，但實(shí)際的運(yùn)行過程已經(jīng)用視頻的形式公開。以多電機(jī)控制為例，如您感興趣請點(diǎn)擊文末閱讀原文查看視頻：使用單個(gè)MCU進(jìn)行4電機(jī)的速度控制

APN：永磁同步電機(jī)的無傳感器矢量控制（4電機(jī)控制）RX72T安裝篇（Evaluation System for BLDC Motor）Rev.1.00

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx72t-sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-implementation-control-over-four

示例代碼：永磁同步電機(jī)的無傳感器矢量控制（4電機(jī)控制）RX72T安裝篇（Evaluation System for BLDC Motor）Rev.1.00 - 示例代碼

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/rx72t-sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-implementation-control-over-four

總結(jié)

本期介紹的演示充分利用了RX72T的功能，實(shí)現(xiàn)了4電機(jī)控制，可以作為執(zhí)行多電機(jī)控制的參考信息。歡迎對多電機(jī)控制感興趣的客戶使用RX72T和我們的示例程序。RX72T除了具備無傳感器矢量控制之外，還提供了使用編碼器的矢量控制來控制三個(gè)電機(jī)的示例代碼和應(yīng)用指南，廣大用戶也可以參考這些示例代碼和應(yīng)用指南，嘗試用RX72T進(jìn)行其他方式的多電機(jī)控制。

通過編碼器矢量控制來控制3個(gè)電機(jī)的信息詳見以下鏈接：

APN：永磁同步電機(jī)的編碼器矢量控制（3電機(jī)控制）RX72T安裝篇（Evaluation System for BLDC Motor）Rev.1.00

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx72t-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-implementation-control-over-three

示例代碼：RX72T Vector Control for Permanent Magnet Synchronous Motor with Encoder (Implementation) (Control over Three Motors) for "Evaluation System for BLDC Motor" Rev.1.00 - Sample Code

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/rx72t-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-implementation-control-over-three

視頻：單個(gè)MCU支持3電機(jī)位置控制

https://www.renesas.cn/cn/zh/video/position-control-3-motors-single-mcu

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