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電機控制算法，實現(xiàn)雙軸交流伺服驅(qū)動，并通過EtherCAT實現(xiàn)與PLC主站通訊及雙軸電機同步，為工業(yè)機器人、伺服驅(qū)動、PLC和自動化控制設(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)和機器人

固德晟RA8T2 EtherCAT雙軸伺服控制方案介紹

Q&A

演講內(nèi)容分享

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RA-T系列專門針對工業(yè)自動化，機器人的專用產(chǎn)品系列，性能從高到低全面滿足各個細分市場的需求。

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RA8T2產(chǎn)品定位于高端電機控制。融合了優(yōu)秀的實時性能、優(yōu)化的電機控制功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能。RA8T2給市場帶來極致的性能，工作頻率高達1GHz，可選的雙核架構(gòu)；同時集成了大容量的內(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，單芯片即可實現(xiàn)工業(yè)伺服控制。

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對于工業(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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在典型雙電機應(yīng)用中，雙核架構(gòu)的RA8T2可將電機控制任務(wù)分配給Cortex-M85，高性能處理電機的三環(huán)控制；同時Cortex-M33內(nèi)核可用于實時通信（如EtherCAT，TSN，EtherNet/IP等）。兩個系統(tǒng)任務(wù)互不干擾，并通過共享的RAM來做數(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)，實時控制及小封裝等特點，是現(xiàn)代工業(yè)伺服控制和機器人領(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)動伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，對控制器需要更高的精度，更快的響應(yīng)，更強的聯(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。整個系統(tǒng)由EtherCAT主站、基于RA8T2的從站控制器、驅(qū)動層、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EtherCAT與主站通信，另一方面直接控制兩路逆變器驅(qū)動電機，并接收編碼器的反饋信號。這種架構(gòu)清晰、簡潔，充分發(fā)揮了RA8T2的集成優(yōu)勢。

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

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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)，負責(zé)最終的定位精度；中間是速度環(huán)，負責(zé)動態(tài)響應(yīng)和抗擾；最內(nèi)層是電流環(huán)，負責(zé)快速、精確的轉(zhuǎn)矩控制。這三個環(huán)層層嵌套，由外到內(nèi)，控制周期越來越短，響應(yīng)速度越來越快，共同構(gòu)成了一個穩(wěn)定、精準的伺服控制系統(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。這是一個典型的、經(jīng)過優(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)，確保了每個控制周期都能準時、無誤地執(zhí)行。同時，EtherCAT的DC同步機制也保證了整個系統(tǒng)時間基準的一致性。

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通信是整個系統(tǒng)的神經(jīng)。我們選擇EtherCAT作為通信協(xié)議，因為它完美契合了高性能伺服控制的需求。EtherCAT不僅提供了微秒級的實時性和納秒級的同步精度，還擁有靈活的拓撲和良好的兼容性。在數(shù)據(jù)交互上，我們通過配置PDO，即過程數(shù)據(jù)對象，來定義主從站之間需要實時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途珳省?/p>

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

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展望未來，我們的方案還有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＝柚鶵A8T2的AI加速能力，我們可以實現(xiàn)電機的預(yù)測性維護；從雙軸輕松擴展到多軸，滿足更復(fù)雜的應(yīng)用；我們還可以深入開發(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來跟主站進行通信。

Q2：MRAM和SRAM有什么區(qū)別？

A2：MRAM是新一代的存儲介質(zhì)，作用相當于Flash的功能，用于代碼和數(shù)據(jù)存儲。MRAM具有讀寫速度快，功耗低，高可靠性等特性，詳細區(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：當兩軸負載慣量差異較大時，如何通過自適應(yīng)前饋補償消除動態(tài)跟隨誤差，保證軌跡精度？

A4：兩個軸控制環(huán)路相對獨立，可分別進行自適應(yīng)調(diào)試。我司樣例方案有前饋補償功能，但不針對某一特定應(yīng)用。如需適應(yīng)某一行業(yè)應(yīng)用場景，需現(xiàn)場調(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是否集成用于電機位置解碼的接口？

A5：沒有專用的解碼器，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保證實時性？

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

Q7：方案的過流，過壓，超速等保護機制是通過硬件電路還是軟件算法實現(xiàn)的？

A7：對于我們芯片來說，軟件和硬件保護都支持，目前我們官方的方案，過流是硬件的。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PLC主流主站的兼容性測試？

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

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

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

Q10：RA8T2這種雙核架構(gòu)，在實際開發(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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