精密控制伺服电机的最佳解决方案

伺服电机提供精确的运动控制

伺服电机是应用伺服机构的电机的统称。所谓的伺服系统是一种按照指令命令运作的控制装置，应用于电机的伺服控制。在电机和被控机器上安装了传感器，将检测结果返回到伺服放大器，与指令值进行比较。它不同于由输入脉冲信号控制的步进电机，因为伺服电机是通过反馈信号进行控制的。

伺服电机的动作特性是位置定位控制和动作速度控制。其主要特点是速度可以精确控制，速度控制范围广（不仅在恒速下稳定且运行平稳），能够根据需求随时改变速度，可以在极低速度下稳定旋转，且可以快速进行正反向旋转以及加速和减速。伺服电机在从静止到动态运行或从动态到静止运行时所需时间非常短，并且即使受到外力影响也能保持其位置，并在额定容量范围内瞬时产生大扭矩，具有较大的输出功率和高效率。

支持工业以太网的伺服驱动解决方案

为了更准确快捷地控制伺服电机，Arrow Electronics开发了ARROW-ADI ADP SERVO电机控制系统──基于ADI产品的ADSP-CM4xx混合信号控制处理器。该处理器采用ARM Cortex M4处理器核心，集成了高精度ADC、数字加速器和滤波器、SRAM和闪存，以及丰富的外设。ADSP-CM4xx处理器适用于广泛的嵌入式应用，此类应用需要高性能的实时控制和模拟转换。

ARROW-ADI ADP SERVO 采用 240 MHz ARM Cortex M4 核心集成浮点运算单元，可以支持先进的编程模型和复杂算法。内置 384KB SRAM 和 2MB 闪存，能够轻松应对大型程序。其配备双通道 16 位 SAR ADC，无代码丢失，13+ 有效位分辨率（ENOB），转换速率达到 380ns，适合高精度闭环控制应用。配备谐波分析引擎（HAE），兼容电网连接，支持高级 PWM 和定时器功能，可有效改善转矩波动和电机性能。内置 SINC 滤波器，可无缝连接 AD74xx 隔离转换器，并支持 2 路 CAN 接口、3 路 UART 接口、2 路 SPI 接口、8 个 32 位定时器、2 个两线接口和 4 路正交编码器接口。ARROW-ADI ADP SERVO 封装为 24x24 176 引脚 LQFP，配备 91 GPIO 引脚和 16 ADC 输入引脚，专为电机控制应用优化。

多种核心芯片实现高性能应用

ARROW-ADI ADP SERVO 包括一个电源板和一个控制板。电源板主要用于高压和强电信号的输入和输出处理，而控制板包括 ADI 的 DSP (ADSP-CM408)、ADI 的工业以太网接口芯片 (FIDO5200) 和 Altera 的 FPGA (10CL025)，主要负责检测回路信号的读取和控制信号的输出，同时支持串口通信、显示和按键交互等辅助功能。

CM40X DSP功能模块包括ADC和模拟电路，而CM40x系列处理器的最大优势之一在于其片上SAR ADC的精度。以CM403为例，CM403共有26个模拟输入，其中只有24个可以用于接收外部模拟信号。另两个通道分别连接到两个内部DAC的输出，这些DAC在某些需要自诊断检测ADC是否正常工作的应用中使用。CM403中的ADC最高采样率可达2.6Msps，并且当以2.6M采样率轮询0~11个模拟输入时，其SINAD可达81dB。

ADI 的 fido5000 多协议 (REM) 交换芯片有两种型号，fido5100 和 fido5200。这两种型号的唯一区别是它们支持的以太网协议。fido5100 支持除 EtherCAT 外的各种主要工业以太网协议，而 fido5200 支持包括 EtherCAT 在内的各种主要工业以太网协议。

FPGA 是现场可编程门阵列的缩写。它是一种半导体集成电路，可以在设备中改变大量的电功能。设计工程师可以在PCB组装期间进行改变，或在设备发货到客户后的“现场”进行改变。ARROW-ADI ADP SERVO采用Altera的10CL025YE144I8芯片，具有24,624个逻辑单元及76个通用IO，可实现多种复杂功能。

DEMO板加速产品开发

Arrow Electronics 基于 ADI 产品开发了 ADI 伺服电机控制解决方案，该解决方案是一种基于 ADSP-CM408 和 FIDO5200 的具有工业以太网解决方案的伺服驱动器。ADI 提供完整的产品组合，包括 数据转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler® 数字隔离器以及 电源管理设备。DEMO Board 主要包括电源模块、控制模块和显示模块。

ADI伺服电机控制解决方案支持200 ~ 240VAC的输入电压，转速<= 3000rpm，输出电流<8A，具有高精度和快速动态响应。其核心芯片采用ADI CM408F、AD7403、ADuM130E、ADuM141E、ADM809、ADM3483、LT1529IQ-3.3、ADP1706ardz-2.5、ADP1706ardz-1.2、FIDO5200BBCZ和Altera 10CL025，以及Viper53-E、STTH108A、L78L05、L78M24CV、STPS1150A、STTH1R02U的STMicroelectronics (ST)，Infineon IKCM30F60GA、IKW30N60DTP、GBU8M，FOD3184、FOD817、74ACT244SC的onsemi，SiT8208，Nexperia 74HC165D、74HC595D、74VHC14D、74LVC1G08GV，TE RZ03-1A3、USB_1734035、D_sub-26-5178238、RJ45-6116353等。

结论

在工业4.0飞速发展的时代，越来越多的工业应用开始使用高精度伺服电机，并需要结合工业以太网来完成系统连接功能，这改变了工业应用的未来发展。鉴于日益增长的市场需求，Arrow Electronics推出了基于ADI的伺服电机控制解决方案，这将有助于推动工业4.0应用的快速发展，值得相关产品开发者深入了解这一解决方案，并加大对相关应用市场的投入力度。