智能割草機器人通過行走電機與割草電機的協(xié)同控制實現(xiàn)在草坪上的自主作業(yè)。在前文《智能割草機器人之行走輪：高效驅動，極致性能！》中，詳細介紹了凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出的一款專門針對智能割草機器人應用場景的行走輪無感FOC方案，它基于LKS32MC45x系列MCU，可以實現(xiàn)割草機的前進、倒退和轉向等操作。本篇文章將重點展示采用LKS32MC07x系列MCU的智能割草機器人的割草刀盤無感FOC控制方案，配合增強型觀測器，具有高精度、強穩(wěn)定等優(yōu)勢。

_{圖1. 方案應用框圖，右側為割草刀盤控制方案}

LKS32MC07x產品特點

該方案內置LKS32MC07x系列MCU，F(xiàn)lash 存儲升級到128KB，MCPWM升級到12通道，比較器升級到3組，可滿足兩個獨立電機過流保護。ADC模塊升級到2組，可滿足2組數(shù)據(jù)的同時轉換，支持硬件過采樣，精度高達12bit，可以對模擬信號進行高分辨率的采樣。DAC升級到2組，符合兩個獨立電機應用。增加CLU可配置邏輯單元，無需 CPU 干預操作的可配置的數(shù)字邏輯運算功能，支持可編程的異步和同步邏輯運算，可用于多種數(shù)字功能實現(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)一調節(jié)PI參數(shù)
    自動弱磁：根據(jù)電壓反饋法自動弱磁，算法穩(wěn)定可控

• 過調制：穩(wěn)定自適應的過調制策略，提高電壓利用率
• 母線限流：支持母線限流，保護電池包
• 多種停機方式可選：關MOE/短下管/零電流/軟剎車
• 順逆風啟動：支持反電勢電路/觀測器
• 高調速比：FOC支持低速穩(wěn)定閉環(huán)，高速穩(wěn)定運行
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技術優(yōu)勢

順逆風啟動

順風啟動順暢，電流無尖峰，可以快速切入閉環(huán)。

_{圖2. 順風啟動電流波形}

基于磁飽和效應法的靜態(tài)初始位置檢測

為了確保割草刀盤在啟動時的準確性和可靠性，該方案采用了基于磁飽和效應法的靜態(tài)初始位置檢測技術。通過用手轉動電機轉子并持續(xù)注入高頻脈沖信號，檢測不同轉子位置的角度值。觀察到各個初始位置檢測準確，可以確保啟動不反轉，并且成功率高。

_{圖3. 不同轉子位置的角度值}

增強型觀測器

該方案使用增強型觀測器，收斂速度快，對電機參數(shù)敏感度低，并且支持高速運行（推薦0.1fpwm），動態(tài)響應速度快。在堵轉時進入強拖，負載消失后立即閉環(huán)，觀測器穩(wěn)定工作。如果存在大負載啟動，低速帶載的場景需求，可選用高頻注入算法，但該算法比較依賴電機的凸極性。

_{圖4. 增強型觀測器}

方案評估板

_{圖5. 割草機器人方案評估板}

基于LKS32MC071CBT8開發(fā)板，可用于評估割草機刀盤控制方案，如圖所示為開發(fā)板俯視圖，主控芯片為LKS32MC071CBT8，采用LKS560驅動芯片驅動三相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內阻采樣。電源轉換電路部分采用LKS620實現(xiàn)22V~80V至15V的電壓轉換，當輸入電壓低于22V時可通過跳帽選擇將BUS電壓接到后級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

凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出的基于LKS32MC07x系列MCU的智能割草機器人刀盤控制方案，憑借其高性能的MCU、先進的無感FOC算法，為智能割草機器人帶來了可觀的性能提升。它不僅提高了割草效率和質量，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)復雜度，為智能割草機器人市場的發(fā)展注入了新的活力。