EtherCAT與電機控制之間的同步處理

上篇提到利用EtherCAT產生的sync信號，同步所有從站節(jié)點系統(tǒng)，完成在同一時刻的電機指令更新。那么，今天跟大家介紹的是如何利用sync信號去同步電機控制系統(tǒng)。

該參考設計為單芯片雙電機控制，因此首先需要向大家介紹的是如何將兩個電機系統(tǒng)進行同步，電機如何與采樣進行同步。

上圖為兩個電機的PWM計數(shù)器與采樣觸發(fā)示意圖。

PWM-1&2 Counter分別對應電機1和電機2的PWM計數(shù)器。i.MX RT1180每個PWM可以輸出多路Trigger，用于同步其他模塊，這里我們利用PWM-1周期的中間時刻產生一個Trigger，通過XBAR連接至PWM-2計數(shù)器的外部同步信號，同步PWM-1和PWM-2計數(shù)器。

當圖中的紅色Trigger產生后，PWM-2計數(shù)器即被初始化，如此便可以完成兩個電機之間的計數(shù)器同步。之所以兩個PWM計數(shù)器錯相位180度，1.能夠在時間上平攤CPU負載；2.對應有效電壓矢量也會錯相，瞬時電壓負載不會過大；3.該應用單個節(jié)點上的兩個電機并不是相同的用途，其中一個電機用于齒輪對接，另一個用于控制滑臺絲桿，因此兩個PWM不必同步，只需要所有從站同一功能的PWM計數(shù)器同步。

電機控制中，電流的采樣同樣需要和PWM同步。該參考設計中，利用的是基于sigma-delta ADC的相電阻采樣，為了保證能夠采樣得到對應的相電流基波，需要在電壓矢量0或者電壓矢量1的中心時刻進行采樣。以電機1為例，PWM-1在電壓矢量0中心時刻的前OSR*ORD/Fsinc時刻產生PWM Trigger，觸發(fā)sinc filter進行轉換，其中OSR為sinc filter抽樣率，ORD為sinc filter階數(shù)，F(xiàn)sinc為sinc filter調制時鐘。整個轉換時間為：2*OSR*ORD/Fsinc，采樣得到的電流即為0電壓矢量中心時刻的電流。

可以看到兩者的同步，都是利用了PWM的Trigger功能，在設定時刻產生，并通過XBAR路由到其他外設，這里是PWM和sinc filter外設，進行相關事件的觸發(fā)，整個同步流程操作十分簡單，利于用戶開發(fā)。

最后，便是如何將EtherCAT的sync信號去同步整個電機控制系統(tǒng)，由上文可知，兩個電機與對應的采樣都已經完成了同步，那么我們只需要將EtherCAT產生的sync信號與電機1的PWM計數(shù)器同步即可。

如上圖所示為PWM模塊的同步邏輯框圖，可以看到該計數(shù)器有兩個同步初始化源，在圖中已經標識。常規(guī)使用中，一般只需要第二個初始化信號對PWM計數(shù)器進行初始化，以確保PWM輸出的周期。除了PWM自身的載波周期外，我們還需要利用EtherCAT的sync信號去對PWM計數(shù)器進行同步初始化，這里我們只需要通過XBAR將sync信號路由至FORCE_OUT信號，去作為PWM計數(shù)器的第二初始化源。如此即可完成EtherCAT系統(tǒng)和電機控制系統(tǒng)之間的同步。

如圖給出了PWM-1的初始化示意圖，首先是初始化信號2為local初始化信號，該信號確定了PWM的周期，當計數(shù)到固定值時便會初始化PWM計數(shù)器。初始化信號2即為EtherCAT的sync信號，該信號并不會每個PWM周期都產生，該參考設計EtherCAT同步頻率為4kHz，PWM頻率為16kHz，因此，每4個PWM周期產生一個sync信號，當sync信號到來時，PWM波同樣會被初始化。

圖中為了突出同步的效果，刻意將sync信號與local sync信號區(qū)別開來，實際應用中，在經過第一次sync初始化后，后續(xù)的兩個同步信號基本處于完全同步的狀態(tài)，不會導致PWM波的突變。

在完成了EtherCAT與電機控制同步的基礎上，下期將會給大家介紹如何設計一個高動態(tài)性能的電機控制系統(tǒng)。下周見！