代码开源！国产MCU平台开发的EtherCAT工业PLC伺服驱动方案

发布时间：2025-03-7 阅读量：2112 来源: 我爱方案网作者: bebop

工业自动化领域，EtherCAT作为一种高效的工业以太网协议，以其出色的实时性能、灵活的拓扑结构和强大的扩展能力，成为众多伺服驱动与步进驱动产品研发的首选。

我爱方案网配合原厂生态，推荐基于HPM6E00开发的全套伺服驱动器整机方案，方案整套代码开源可交付，更方便工程师设计开发相应方案。

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先楫HPM6E00伺服驱动器整机方案

先楫HPM6E00伺服驱动器支持单相AC~90V- AC~253V 电源供电，配合100W~750W 高响应伺服电机（电机搭配17位绝对值编码器），实现全闭环功能，电机运行安静平稳。该方案支持适配电机、支持EtherCAT总线控制，支持DI输入和DO输出，具备过流、过压、过载等保护。该方案应用于电子制造、锂电、机械手、包装、机床等行业的自动化设备，以其高性能实现快速精确的位置控制、速度控制和转矩控制，提高系统的响应速度和生产效率。

方案硬件结构：

EtherCAT 高压驱动器是先楫研制的高性能中小功率的直流伺服产品。该系列产品支持的功率范围为 100W~750W，采用以太网通讯接口，支持 EtherCAT 通讯协议，配合上位机可实现多台伺服驱动器联网运行。

电路设计包含电源模块，通讯模块，电机控制模块。

电源模块：将 AC220V 整流成 DC310V 提供给电机驱动模块。

通讯模块：负责 EtherCAT 通讯，菜单控制交互，调试交互

电机控制模块：负责电机驱动，电机电流采样，母线电压采样，编码器读取，故障保护。

电机架构

本方案电机的最基础的控制框架是基于 FOC 的三环控制

三环控制机制

1、首先是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过 HPM6E80 的 SDM 检测电机的各相的输出电流以及通过 HPM6E80 的 SEI 读取伺服电机编码器的角度值，经过克拉克变换、帕克变换后负反馈给电流的设定进行 PID 调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流。电流环输出控制的电压值经过克拉克逆变换、帕克变逆换后经 HPM6E80 的 PWMV2 模块转换为互补控制信号输出给 H 桥控制电机的电流输出。

2、第二环是速度环，通过 HPM6E80 的 SEI 读取伺服电机编码器的信号并计算实际转速来进行负反馈 PID 调节，它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速度环和电流环，换句话说任何形式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

3、第三环是位置环，它是最外环，可以在驱动器和伺服电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。

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