恩智浦MCX微控制器增強移動機器人的電機控制能力

移動機器人的卓越性能、平穩(wěn)運動和可靠運行離不開高效精確的電機控制。機器人的自主性和復雜性不斷提高，非常需要能夠處理復雜電機控制和其他任務的高級微控制器。恩智浦新一代MCX微控制器產品組合具有先進的外設，可幫助開發(fā)人員優(yōu)化移動機器人系統中的電機控制。

FlexPWM模塊

MCX A和N系列具有通用、高配置的增強型Flex脈寬調制器(eFlexPWM)模塊，可實現精確的電機控制，并提供廣泛的功能集，滿足移動機器人應用的各種需求。除了驅動電機的高級控制外，eFlexPWM模塊還可用于構建開關式電源。

eFlexPWM模塊的一個主要功能是支持中心對齊、邊沿對齊和非對稱脈寬調制(PWM)。

中心對齊PWM可保持相位對齊，并將無刷直流(BLDC)電機的電流波紋降至最低，這種電機因其高效率和扭矩密度而常用于移動機器人領域。開發(fā)人員采用中心對齊PWM，可以實現更平穩(wěn)的電機運行，減少電磁干擾(EMI)，并延長電機繞組的使用壽命。

中心對齊PWM信號

邊沿對齊PWM可簡化占空比計算，并更輕松地控制H橋電路，在移動機器人領域應用廣泛，可用于雙向電機控制、精確定位和速度調節(jié)。FlexPWM模塊簡化了H橋電路必要控制信號的生成，降低了軟件復雜性，并提高了固件響應速度。

邊沿對齊PWM信號

FlexPWM模塊還提供相移PWM，這對于涉及多相逆變器的移動機器人應用來說是一個有價值的功能。開發(fā)人員對PWM信號進行移相，可同時優(yōu)化多臺電機的供電，確保多自由度的系統(如機械臂或多輪平臺)實現平穩(wěn)協調的運動。

FlexPWM模塊還具備強大的故障保護和自動故障清除機制，確保系統安全可靠。一旦檢測到故障，該模塊會立即切斷PWM輸出，防止對電機繞組等敏感部件造成損害。故障排除后，該模塊可自動清除故障狀態(tài)，并恢復正常運行，最大限度地減少停機時間，增強整個系統的穩(wěn)健性。

有關MCX N系列功能和外設的更多信息，閱讀白皮書了解詳情。

正交解碼器(QDC)

移動機器人需要精確的位置和速度反饋，才能形成有效的閉環(huán)控制系統。MCX微控制器具有正交解碼器(QDC)模塊，這是一種專用外設，可簡化正交編碼器信號的解碼過程，并提供可靠的位置和速度測量。

QEI

正交編碼器生成兩個正交信號，即A相和B相，它們的相位相差90度。QDC模塊通過分析信號的順序和頻率確定電機軸的位置和旋轉方向。該模塊的高級功能，如干擾濾波和邊緣檢測，可確保解碼位置和速度數據的完整性與可靠性，即使在存在電氣噪聲或信號干擾的情況下也能保障。

QDC模塊在計數器初始化方面具有靈活性，支持開發(fā)人員根據特定事件或情況調整計數器的位置。例如，計數器可根據編碼器每轉一圈產生的索引脈沖進行初始化。這一功能還簡化了歸位例程和絕對定位的實施。此外，QDC模塊還支持根據外部傳感器或開關觸發(fā)的歸位信號進行初始化，從而實現移動機器人系統的精確控制和校準。

QDC模塊提供多種速度測量方法，可滿足不同的應用需求。開發(fā)人員可以通過監(jiān)測固定時間間隔內的位置變化、平衡分辨率和響應時間來計算電機速度。此外，該模塊還可以測量連續(xù)正交邊沿之間的累計時間，提供高分辨率速度測量，適合需要快速響應和精細控制的應用。

AND/OR INVERT (AOI)模塊

在優(yōu)化電機控制方面，MCX A系列中的AOI模塊與FlexPWM和QDC模塊相輔相成。AOI模塊支持開發(fā)人員創(chuàng)建可編程組合布爾邏輯，根據特定輸入條件生成事件輸出。在MCX N系列微控制器中，兩個AOI模塊和一個可配置觸發(fā)器構成了事件生成器(EVTG)模塊。

AOI模塊為電機控制提供了高效的解決方案，可以從主處理器分流事件檢測和觸發(fā)器生成任務，從而減少固件開銷并提高系統響應速度。通過配置AOI模塊來監(jiān)測位置、速度或故障狀態(tài)等各種輸入信號，開發(fā)人員可以創(chuàng)建自定義硬件觸發(fā)器，啟動特定的電機控制操作，而無需持續(xù)的軟件干預。

例如，AOI模塊能夠被設定，在滿足特定條件組合時生成觸發(fā)信號，例如當電機位置達到預定閾值且速度在一定范圍內時。然后，此觸發(fā)信號可用于自動調整PWM占空比、更改電機換向序列或執(zhí)行任何其他所需的電機控制操作。

開發(fā)人員可以利用AOI模塊的可編程邏輯，實施復雜的控制策略，對實時事件做出快速反應，提高整體性能和效率。AOI模塊非常靈活，支持根據每個應用的具體要求創(chuàng)建自定義觸發(fā)條件，使開發(fā)人員能夠根據其機器人平臺的獨有特點優(yōu)化電機控制。

FRDM-MC-LVPMSM擴展板

FRDM-MC-LVPMSM擴展板

恩智浦提供的FRDM-MC-LVPMSM擴展板有助于電機控制應用的開發(fā)和原型設計。FRDM板結合了軟硬件資源，可加速設計過程。它采用shield擴展板外形設計，可與恩智浦的Freedom開發(fā)板平臺無縫集成。

FRDM-MC-LVPMSM擴展板與恩智浦永磁電機控制參考軟件相結合，可提供完整的電機控制參考設計。該軟件套件包括一系列預配置電機控制算法、庫和示例項目，使開發(fā)人員能夠針對其特定的移動機器人應用快速實施和優(yōu)化電機控制系統。

此擴展板采用低壓三相永磁同步電機(PMSM)，由于其高效率、高扭矩密度和精確控制能力，廣泛用于移動機器人領域。此外，該板還包括功率模塊、電流檢測電路和編碼器接口等基本組件，為電機控制開發(fā)提供了完整的平臺。

開發(fā)人員利用FRDM-MC-LVPMSM擴展板和相關參考軟件，可以顯著減少設計和驗證移動機器人電機控制系統所需的時間和精力。該板與FRDM-MCX開發(fā)平臺兼容，可實現無縫集成，使開發(fā)人員能夠根據其特定應用要求選擇合適的微控制器。

MCUXpresso Developer Experience (MCUXpresso開發(fā)人員體驗)

恩智浦提供了低成本的FRDM開發(fā)平臺，可使用MCX快速進行原型設計。FRDM開發(fā)板具有標準規(guī)格和接頭，便于連接MCU的輸入/輸出端口，并內置了MCU-Link調試器，帶有USB-C線纜。

恩智浦的GitHub 還允許訪問應用示例，可以使用應用代碼中心門戶 (ACH)訪問這些示例。MCUXpresso IDE和MCUXpresso for VS Code內置了ACH瀏覽功能，開發(fā)人員可以輕松搜索可用的演示和示例，并在直接加載項目使用之前按設備、應用技術或外設/功能進行篩選。

擴展板中心 (EBH)是NXP SDK Builder網站的擴展，開發(fā)人員可以在其中找到恩智浦及其合作伙伴提供的一系列附加板，以擴展所選評估板的功能。 該中心提供直觀的篩選功能，可快速查找板卡和可用的支持軟件。開發(fā)人員可以將他們的板與不同類型的擴展板配對，以評估特定用例或應用程序并進行快速原型設計。

恩智浦全面的移動機器人電機控制解決方案

恩智浦的MCX微控制器產品組合代表了電機控制技術的重大進步，提供了一整套外設，專用于優(yōu)化移動機器人應用中的電機控制。FlexPWM模塊具有較高的靈活性和可靠性，支持精確電機控制，而正交解碼器(QDC)模塊則提供閉環(huán)控制系統所需的精確位置和速度反饋。AOI/EVTG模塊增加了一層可編程邏輯，使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建自定義硬件觸發(fā)器，并分流主處理器的事件檢測功能。

（來源：恩智浦半導體，作者：Altaf Hussain，恩智浦半導體運輸與移動細分市場市場總監(jiān)）