匠芯创发布M6800方案独创HCL硬件电流环，实现精准高效电机控制

一直以来，传统的伺服产品选择将硬件电流环放在FPGA里，这样的硬件方案需要消耗MCU更多引脚资源用于和FPGA进行数据传输，双芯片占用板子面积，导致PCB布局布线困难；再者，使用FPGA后也会增加产品成本，不利于市场竞争，始终为行业和客户所困扰。

匠芯创科技M6800系列产品独创Hardware Current Loop（HCL）硬件电流环。创新性地采用独立于CPU的运行模式，使其有效提升电流环带宽，释放更多的算力资源。可实现单颗M6800方案取代MCU+FPGA的架构，是实现伺服电机控制的电流环算法硬件化的关键一环。

图 1

功能模块：

●Clarke变换

●Park变换

●防积分饱和PID

●Ipark变换

●死区补偿

●SVPWM计算和处理

特点：

●HCL将软件电流环算法固化在芯片里，且独立于CPU运行，有效提升系统整体执行效率；

●通过内部测试，整个硬件电流环执行周期仅为200ns，完全做到PWM占空比立即更新，从而大大提高了电流环的带宽，充分提升系统的快速响应和鲁棒性；

●支持增量式编码器和绝对式编码器，单圈分辨率高达16777216ppr。

HCL操作步骤

第一步：初始化HCL

void HCL_Init(void) 

{            

U16 INV_PWM_TBPRD = 10000；hcl_cmu_init();    

hcl_set_opm(0, HCL_OPM2);//Mode2,电角度选择编码器反馈的电角度    

hcl_set_posm(0, TA_POS);//选择绝对式编码器
   hcl_set_udm0(0, 0);  //Mode0 D轴电压    

hcl_set_uqm0(0, 1475);  //Mode0 Q轴电压 0.045    

hcl_set_epwmprd(0, INV_PWM_TBPRD);//电流环周期100us    

hcl_set_maxduty(0, (INV_PWM_TBPRD - 5));//设置最大占比    

hcl_set_minduty(0, 5);//设置最小占空比//PWM时间常数,3.2768 = _IQ(1)/ INV_PWM_TBPRD    

hcl_set_timeconst(0, _IQ(1.0));    

hcl_set_curcal(0, _IQ10(1.0)); //电流增益校正    

//set qaxi-pid    

_iq kp  = _IQ(0.1983);    

_iq ki  = _IQ(0.0244);
 hcl_set_qpidkp(0, kp);//设置q轴pid比例系数初值    

hcl_set_qpidki(0, ki); //设置q轴pid积分系数初值    

hcl_set_qpidmax(0, _IQ( 0.9)); //设置q轴pid输出最大值    

hcl_set_qpidmin(0, _IQ(-0.9)); //设置q轴pid输出最小值    

hcl_set_intgsep(0, _IQ( 0.9));//0.9    

hcl_set_iqref(0, _IQ(0.0)); //设置q轴pid给定初值
   //set daxi-pid    

hcl_set_dpidkp(0, kp); //设置d轴pid比例系数初值    

hcl_set_dpidki(0, ki); //设置d轴pid积分系数初值    

hcl_set_dpidmax(0, _IQ( 0.125)); //设置d轴pid输出最大值    

hcl_set_dpidmin(0, _IQ(-0.125)); //设置d轴pid输出最小值    

hcl_set_idref(0, _IQ(0)); //设置d轴pid给定初值     

hcl_dtcmp_en(0);//死区补偿打开        

hcl_set_dtcomp(0, 0);//死区补偿值为0    

hcl_set_dtflt(0, 262); //死区补偿滤波时间        

hcl_en(0);//打开硬件电流环}

第二步 初始化ADC

void ADC_Init(void)

{

//初始化ADC0        

adc_q1_trig_sample_num(0, SMP_1_NODE);   //设置ADC0队列1有一个采样点        

adc_q1_node0_set(0, ADCCH4);  //设置转换通道        

adc_hcl_en(0);   //使能HCL自动获取ADC0转换值        

adc_pre_set(0, 0x1);   //ADC0预充设置为1        

adc_smp_rate_set(0, SMP_RATE_1MHZ);  //设置ADC0采样频率

adc_q1_cvra_en(0); //使能EPWM事件A作为ADC0转换触发信号        

adc_q1_int_en(0); //使能ADC0队列1转换结束中断       

adc_en(0);//使能ADC0
  //初始化ADC1        

adc_q1_trig_sample_num(1, SMP_1_NODE); //设置ADC1队列1有一个采样点        

adc_q1_node0_set(1, ADCCH5); //设置转换通道        

adc_hcl_en(1);  //使能HCL自动获取ADC1转换值        

adc_pre_set(1, 0x1);//ADC1预充设置为1        

adc_smp_rate_set(1, SMP_RATE_1MHZ);   //设置ADC1采样频率       

adc_q1_cvra_en(1); //使能EPWM事件A作为ADC1转换触发信号       

 adc_en(1);  //使能ADC1}

第三步 在EPWM中断服务程序里面给硬件电流环赋值；本例中采样EPWM0，中断周期为100us，将速度环PID输出值赋给硬件环即可，剩下的电流环算法自动由硬件完成，无需CPU干预。

//EPMW0周期中断服务程序

void EPWM_IRQHandler_isr(void) 

{    

u32 epwm_sts;    

epwm_sts = Glb_Pwmcs_Regs.GLB_EPWM_INT_STS.all;//判断是否epwm0中断   

if((epwm_sts & EPWM0_INT_PEND) == EPWM0_INT_PEND)   

{

pi_spd0.Ref = speed_ref;      //速度环PID给定值        

pi_spd0.Fbk = speed_fack;    //速度环PID反馈值        

pi_cal(&pi_spd0);            //速度环PID计算

hcl_set_idref(0,0);            //硬件电流环Id轴的给定给定为0        

hcl_set_iqref(0,pi_spd0.Out);   //硬件电流环Iq轴的给定为速度环的pid输出值(*EPWM[0]).PWM_EVNT_CLR.bit.PWM_INT_CLR = 0x1  //清除中断标志

}

}

Hardware Current Loop（HCL）硬件电流环从硬件配置方案和软件性能上，全方位提升算力，实现运动控制系统性优化升级，为提升终端产品竞争力提供坚实的技术支持与成本优势。

未来，我们将持续完善M6800系统化解决方案，为更多行业客户提供可持续、长周期的技术和生态支持。

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