智能割草機(jī)器人通過行走電機(jī)與割草電機(jī)的協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)在草坪上的自主作業(yè)。在前文《智能割草機(jī)器人之行走輪：高效驅(qū)動(dòng)，極致性能！》中，詳細(xì)介紹了凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出的一款專門針對(duì)智能割草機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的行走輪無感FOC方案，它基于LKS32MC45x系列MCU，可以實(shí)現(xiàn)割草機(jī)的前進(jìn)、倒退和轉(zhuǎn)向等操作。本篇文章將重點(diǎn)展示采用LKS32MC07x系列MCU的智能割草機(jī)器人的割草刀盤無感FOC控制方案，配合增強(qiáng)型觀測(cè)器，具有高精度、強(qiáng)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

_{圖1. 方案應(yīng)用框圖，右側(cè)為割草刀盤控制方案}

LKS32MC07x產(chǎn)品特點(diǎn)

該方案內(nèi)置LKS32MC07x系列MCU，F(xiàn)lash 存儲(chǔ)升級(jí)到128KB，MCPWM升級(jí)到12通道，比較器升級(jí)到3組，可滿足兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)過流保護(hù)。ADC模塊升級(jí)到2組，可滿足2組數(shù)據(jù)的同時(shí)轉(zhuǎn)換，支持硬件過采樣，精度高達(dá)12bit，可以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高分辨率的采樣。DAC升級(jí)到2組，符合兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)應(yīng)用。增加CLU可配置邏輯單元，無需 CPU 干預(yù)操作的可配置的數(shù)字邏輯運(yùn)算功能，支持可編程的異步和同步邏輯運(yùn)算，可用于多種數(shù)字功能實(shí)現(xiàn)：如替換系統(tǒng)交互邏輯，生成特殊波形，或是同步系統(tǒng)事件的觸發(fā)等。

• 參數(shù)自整定：

    電流環(huán)：根據(jù)電機(jī)電阻、電感自整定參數(shù)速度環(huán)：根據(jù)速度環(huán)帶寬統(tǒng)一調(diào)節(jié)PI參數(shù)
    自動(dòng)弱磁：根據(jù)電壓反饋法自動(dòng)弱磁，算法穩(wěn)定可控

• 過調(diào)制：穩(wěn)定自適應(yīng)的過調(diào)制策略，提高電壓利用率
• 母線限流：支持母線限流，保護(hù)電池包
• 多種停機(jī)方式可選：關(guān)MOE/短下管/零電流/軟剎車
• 順逆風(fēng)啟動(dòng)：支持反電勢(shì)電路/觀測(cè)器
• 高調(diào)速比：FOC支持低速穩(wěn)定閉環(huán)，高速穩(wěn)定運(yùn)行
• 
  

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

順逆風(fēng)啟動(dòng)

順風(fēng)啟動(dòng)順暢，電流無尖峰，可以快速切入閉環(huán)。

_{圖2. 順風(fēng)啟動(dòng)電流波形}

基于磁飽和效應(yīng)法的靜態(tài)初始位置檢測(cè)

為了確保割草刀盤在啟動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性，該方案采用了基于磁飽和效應(yīng)法的靜態(tài)初始位置檢測(cè)技術(shù)。通過用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子并持續(xù)注入高頻脈沖信號(hào)，檢測(cè)不同轉(zhuǎn)子位置的角度值。觀察到各個(gè)初始位置檢測(cè)準(zhǔn)確，可以確保啟動(dòng)不反轉(zhuǎn)，并且成功率高。

_{圖3. 不同轉(zhuǎn)子位置的角度值}

增強(qiáng)型觀測(cè)器

該方案使用增強(qiáng)型觀測(cè)器，收斂速度快，對(duì)電機(jī)參數(shù)敏感度低，并且支持高速運(yùn)行（推薦0.1fpwm），動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。在堵轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)入強(qiáng)拖，負(fù)載消失后立即閉環(huán)，觀測(cè)器穩(wěn)定工作。如果存在大負(fù)載啟動(dòng)，低速帶載的場(chǎng)景需求，可選用高頻注入算法，但該算法比較依賴電機(jī)的凸極性。

_{圖4. 增強(qiáng)型觀測(cè)器}

方案評(píng)估板

_{圖5. 割草機(jī)器人方案評(píng)估板}

基于LKS32MC071CBT8開發(fā)板，可用于評(píng)估割草機(jī)刀盤控制方案，如圖所示為開發(fā)板俯視圖，主控芯片為LKS32MC071CBT8，采用LKS560驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)三相MOSFET。開發(fā)板可以通過跳帽選擇單電阻采樣、雙電阻采樣、三電阻采樣或MOS內(nèi)阻采樣。電源轉(zhuǎn)換電路部分采用LKS620實(shí)現(xiàn)22V~80V至15V的電壓轉(zhuǎn)換，當(dāng)輸入電壓低于22V時(shí)可通過跳帽選擇將BUS電壓接到后級(jí)78L05穩(wěn)壓管。支持電位器模擬輸入、按鍵輸入、支持串口通信。

總結(jié)

凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出的基于LKS32MC07x系列MCU的智能割草機(jī)器人刀盤控制方案，憑借其高性能的MCU、先進(jìn)的無感FOC算法，為智能割草機(jī)器人帶來了可觀的性能提升。它不僅提高了割草效率和質(zhì)量，并且協(xié)同LKS32MC45x的行走輪方案，還幫助客戶降低了開發(fā)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，為智能割草機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展注入了新的活力。