赋能高精度运动控制！极海基于APM32F425/427系列总线型低压伺服方案为机器人、工业自动化注入新动力

随着全球制造业向智能化、柔性化方向加速转型，以及服务消费领域的无人化趋势加速，协作机器人、服务机器人和智能家居市场正迎来爆发式增长。这一波增长的核心驱动，在于机器人与人类工作、生活场景的深度共融，其对核心执行部件——伺服系统，提出了前所未有的要求：不仅需要极高的性能，包括高精度控制、更快的响应速度等，还必须满足严苛的成本约束、紧凑的尺寸等。为进一步满足市场的需求，极海新推出的基于APM32F425/427系列总线型低压伺服方案。

目标应用

方案优势&价值

· 全闭环控制模式：方案稳定支持位置、速度、转矩三种闭环控制模式，可无缝覆盖精密定位、平稳调速、恒力输出等绝大多数伺服应用场景。

· 开放的硬件架构：提供丰富的外设接口与可配置的硬件资源，赋予用户高度的设计灵活性，轻松实现深度二次开发与定制化功能集成。

· 卓越的动态响应性能：电流环更新与功率器件开关频率均高达16kHz，确保系统对指令的响应更快、更准，轻松胜任高速、高动态负载的苛刻应用。

· 可视化调试：配备功能强大的上位机软件，支持参数整定、实时波形显示、系统状态监控与故障诊断于一体，极大降低开发门槛，加速产品上市。

APM32F425/427总线型低压伺服方案设计基于极海自主研发的APM32F425/427系列高性能拓展型MCU，搭载Arm® Cortex®-M4F内核，最高支持1MB eFlash，其中APM32F427系列内置448KB+4KB的SRAM，APM32F425系列支持256KB Flash零等待，内置192KB+4KB SRAM，全系列支持全温度范围内240MHz主频运行。得益于APM32F425/F427的优秀设计，极海的总线型低压伺服方案在执行同样功能代码时，执行时间更短，客户可以实现更高效的二次开发。

APM32F425/427系列特点

方案参数

· 输入电压：20-70V

· 典型功率：400W

· 控制周期：62.5us（16kHz）

· 转速范围：-4000~4000rpm

· 编码器类型：增量编码器、绝对值编码器（RS485）

· 控制模式：力矩模式、速度模式、位置模式

· 额定输出电流（Arms）：10

· 最大输出电流（Arms）：25

方案核心

方案硬件

方案硬件系统可拆解：为电源模块、控制核心模块、信号处理模块、功率驱动模块、保护模块五大核心单元，各单元协同实现电流、速度、位置的闭环控制。其技术关键在于：反馈信号的精准采集，PID 及扩展算法的优化，功率模块的高效驱动三部分。

实现方式

· 通过TMR1模块，产生3组互补PWM信号输出，实现电机矢量控制

· 通过高精度ADC模块，可实现两路相电流信号的精确采样，提高伺服控制精度

· 通过UART模块或TMR模块，实现绝对值编码器和增量编码器通信

· 通过并口模块，与EtherCAT从站芯片高效通信，实现EtherCAT总线控制

· 通过UART模块，实现与上位机的数据交互

· 通过I2C模块，实现外部EEPROM通讯，存储伺服关键参数

· 丰富的输入输出端口，满足多种控制信号输入或状态输出，提升方案的多场景适用性

方案软件

软件设计框图

软件设计方案采用三环级联模式：

· 电流环，其给定来自速度环的输出，实现对给定电流的快速跟踪，并对直流母线电压的波动，反电动势的影响，以及被控对象的非线性等因素起到抑制作用。

· 速度环，其给定来自位置环的输出，也接受来自外部模拟量或者内部多段速的给定，实现对给定速度的跟踪，并抑制负载扰动对系统的影响。

· 位置环，其位置给定来自总线控制时直接写入的绝对位置值或者增量位置值、IO控制的多段内部设定位置的给定，实现对位置给定的精确定位，并且通过PID调节来保证无超调。

方案采用简易的单中断处理的设计架构，可以实现电机三环闭环控制，客户可以在此基础上进行自定义功能扩展，可支持客户更高性能，更丰富功能的产品设计。

中断处理流程

测试数据

· 速度波动实验测试

搭载17位磁编码器下的实测各个速度段波形效果如下：

· 执行效率测试

通过测试对比，具备零等待配置的APM32F425与同类型产品的代码执行效率对比，结果相当，略胜一筹。

APM32F425/427总线型低压伺服方案，涵盖较为完整的软硬件设计，内含全功能软件固件以及极海自研伺服控制上位机，配有详细的使用手册，方便快速使用，性能评估以及二次开发。配套的资料已在极海geehy.com官网上架，更多详情可联系极海各办事处销售经理。