瑞薩電子攜手合作伙伴固德晟推出基于瑞薩新一代RA8T2 MCU的EtherCAT雙軸伺服控制方案，該方案采用FOC電機(jī)控制算法，實(shí)現(xiàn)雙軸交流伺服驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)EtherCAT實(shí)現(xiàn)與PLC主站通訊及雙軸電機(jī)同步，為工業(yè)機(jī)器人、伺服驅(qū)動(dòng)、PLC和自動(dòng)化控制設(shè)備等應(yīng)用提供完整易用的支持。

演講內(nèi)容

瑞薩電子RA8T2助力工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器人

固德晟RA8T2 EtherCAT雙軸伺服控制方案介紹

Q&A

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RA-T系列專門針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)器人的專用產(chǎn)品系列，性能從高到低全面滿足各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)的需求。

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RA8T2產(chǎn)品定位于高端電機(jī)控制。融合了優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性能、優(yōu)化的電機(jī)控制功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能。RA8T2給市場(chǎng)帶來(lái)極致的性能，工作頻率高達(dá)1GHz，可選的雙核架構(gòu)；同時(shí)集成了大容量的內(nèi)存，千兆以太網(wǎng)，EtherCAT從站控制器，靈活的PWM定時(shí)器及高性能模擬，可降低成本，減少電路板空間，單芯片即可實(shí)現(xiàn)工業(yè)伺服控制。

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對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)的支持，瑞薩電子提供從MPU到MCU多種產(chǎn)品選擇。

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在典型雙電機(jī)應(yīng)用中，雙核架構(gòu)的RA8T2可將電機(jī)控制任務(wù)分配給Cortex-M85，高性能處理電機(jī)的三環(huán)控制；同時(shí)Cortex-M33內(nèi)核可用于實(shí)時(shí)通信（如EtherCAT，TSN，EtherNet/IP等）。兩個(gè)系統(tǒng)任務(wù)互不干擾，并通過(guò)共享的RAM來(lái)做數(shù)據(jù)交互。

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總結(jié)一下，RA8T2產(chǎn)品以高算力，高集成度，支持多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)時(shí)控制及小封裝等特點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)伺服控制和機(jī)器人領(lǐng)域最合適的產(chǎn)品。

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固德晟給大家介紹現(xiàn)代工業(yè)4.0驅(qū)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)控制器需要更高的精度，更快的響應(yīng)，更強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)功能以及更高的集成度。

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這就是我們方案的總架構(gòu)圖。整個(gè)系統(tǒng)由EtherCAT主站、基于RA8T2的從站控制器、驅(qū)動(dòng)層、執(zhí)行層和反饋層五部分組成。RA8T2作為從站核心，一方面通過(guò)EtherCAT與主站通信，另一方面直接控制兩路逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并接收編碼器的反饋信號(hào)。這種架構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔，充分發(fā)揮了RA8T2的集成優(yōu)勢(shì)。

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這張圖更具體地展示了RA8T2與電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器的硬件連接關(guān)系。RA8T2通過(guò)PWM信號(hào)直接控制逆變器，同時(shí)通過(guò)ADC采集相電流，通過(guò)QEI接口讀取編碼器信號(hào)。這種直接、高效的硬件連接方式，最大程度地減少了信號(hào)延遲和干擾，確保了控制的精度和實(shí)時(shí)性。

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我們的方案采用了成熟且經(jīng)典的三環(huán)控制架構(gòu)。最外層是位置環(huán)，負(fù)責(zé)最終的定位精度；中間是速度環(huán)，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗擾；最內(nèi)層是電流環(huán)，負(fù)責(zé)快速、精確的轉(zhuǎn)矩控制。這三個(gè)環(huán)層層嵌套，由外到內(nèi)，控制周期越來(lái)越短，響應(yīng)速度越來(lái)越快，共同構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定、精準(zhǔn)的伺服控制系統(tǒng)。

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在本方案中，我們將三環(huán)的控制周期分別設(shè)定為：位置環(huán)250微秒，速度環(huán)125微秒，電流環(huán)62.5微秒。這是一個(gè)典型的、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的周期配置。如此高的更新頻率，得益于RA8T2的1GHz主頻和TCM內(nèi)存。我們將關(guān)鍵控制代碼放入TCM，并用硬件中斷精確觸發(fā)，確保了每個(gè)控制周期都能準(zhǔn)時(shí)、無(wú)誤地執(zhí)行。同時(shí)，EtherCAT的DC同步機(jī)制也保證了整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)的一致性。

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通信是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)。我們選擇EtherCAT作為通信協(xié)議，因?yàn)樗昝榔鹾狭烁咝阅芩欧刂频男枨?。EtherCAT不僅提供了微秒級(jí)的實(shí)時(shí)性和納秒級(jí)的同步精度，還擁有靈活的拓?fù)浜土己玫募嫒菪?。在?shù)據(jù)交互上，我們通過(guò)配置PDO，即過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象，來(lái)定義主從站之間需要實(shí)時(shí)交換的控制指令和狀態(tài)信息，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Ш途珳?zhǔn)。

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采用我們的方案，客戶可以顯著縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間，有效降低系統(tǒng)的整體成本，同時(shí)大幅提升設(shè)備的性能和可靠性。這些價(jià)值將直接幫助我們的客戶在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

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展望未來(lái)，我們的方案還有巨大的發(fā)展?jié)摿?。借助RA8T2的AI加速能力，我們可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的預(yù)測(cè)性維護(hù)；從雙軸輕松擴(kuò)展到多軸，滿足更復(fù)雜的應(yīng)用；我們還可以深入開(kāi)發(fā)功能安全特性，并結(jié)合能效優(yōu)化算法，讓伺服系統(tǒng)變得更智能、更安全、更綠色。

問(wèn)答精選

Q1：如何獲取瑞薩RA8T2的EtherCAT從站協(xié)議棧？需要外置PHY嗎？

A1：需要從ETG下載SSC軟件生成從站代碼。RA8T2內(nèi)置EtherCAT Slave Controller，而外部需要接以太網(wǎng)的PHY來(lái)跟主站進(jìn)行通信。

Q2：MRAM和SRAM有什么區(qū)別？

A2：MRAM是新一代的存儲(chǔ)介質(zhì)，作用相當(dāng)于Flash的功能，用于代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。MRAM具有讀寫速度快，功耗低，高可靠性等特性，詳細(xì)區(qū)別可參考以下表格：

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Q3：RA8T2 EtherCAT從站控制器支持熱插拔嗎？

A3：熱插拔功能取決于主站，只要主站支持熱插拔功能，從站就可以熱插拔。

Q4：當(dāng)兩軸負(fù)載慣量差異較大時(shí)，如何通過(guò)自適應(yīng)前饋補(bǔ)償消除動(dòng)態(tài)跟隨誤差，保證軌跡精度？

A4：兩個(gè)軸控制環(huán)路相對(duì)獨(dú)立，可分別進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)試。我司樣例方案有前饋補(bǔ)償功能，但不針對(duì)某一特定應(yīng)用。如需適應(yīng)某一行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，或與partner現(xiàn)行方案合作推廣，比如本次直播的固德晟私服方案。

Q5：RA8T2是否集成用于電機(jī)位置解碼的接口？

A5：沒(méi)有專用的解碼器，但是通用ip可支持encoder,tamagawa,磁編等應(yīng)用。

Q6：RA8T2在處理EtherCAT通信和FOC控制的時(shí)間調(diào)度上，是使用搶占式調(diào)度還是有專門的硬件中斷通道來(lái)保證實(shí)時(shí)性？

A6：RA8T2是雙核，電機(jī)控制（CM85）和EtherCAT（CM33）分別用兩個(gè)核處理，兩者互補(bǔ)干擾。

Q7：方案的過(guò)流，過(guò)壓，超速等保護(hù)機(jī)制是通過(guò)硬件電路還是軟件算法實(shí)現(xiàn)的？

A7：對(duì)于我們芯片來(lái)說(shuō)，軟件和硬件保護(hù)都支持，目前我們官方的方案，過(guò)流是硬件的。我們官方有參數(shù)整定方案，有一些partner的方案也有

Q8：該雙軸伺服方案是否已通過(guò)PLC主流主站的兼容性測(cè)試？

A8：已做了兼容性測(cè)試。該方案DEMO使用市面主流的PLC和倍福TwinCAT的EtherCAT主站進(jìn)行通信，并成功控制伺服控制器工作。

Q9：方案支持的電機(jī)類型，額定的功率范圍以及典型應(yīng)用場(chǎng)景的負(fù)載工況是怎樣的？

A9：我們的方案目前可以支持Sensor less，encoder，磁編，tamagawa電機(jī)

Q10：RA8T2這種雙核架構(gòu)，在實(shí)際開(kāi)發(fā)調(diào)試中，雙核的程序燒錄和Debug調(diào)試是怎么操作的？需要用特殊的仿真器嗎？

A10：不需要特殊仿真器，可直接使用JTAG

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