如何实现EtherCAT与电机控制之间的同步处理

EtherCAT与电机控制之间的同步处理

上篇提到利用EtherCAT产生的sync信号，同步所有从站节点系统，完成在同一时刻的电机指令更新。那么，今天跟大家介绍的是如何利用sync信号去同步电机控制系统。

该参考设计为单芯片双电机控制，因此首先需要向大家介绍的是如何将两个电机系统进行同步，电机如何与采样进行同步。

上图为两个电机的PWM计数器与采样触发示意图。

PWM-1&2 Counter分别对应电机1和电机2的PWM计数器。i.MX RT1180每个PWM可以输出多路Trigger，用于同步其他模块，这里我们利用PWM-1周期的中间时刻产生一个Trigger，通过XBAR连接至PWM-2计数器的外部同步信号，同步PWM-1和PWM-2计数器。

当图中的红色Trigger产生后，PWM-2计数器即被初始化，如此便可以完成两个电机之间的计数器同步。之所以两个PWM计数器错相位180度，1.能够在时间上平摊CPU负载；2.对应有效电压矢量也会错相，瞬时电压负载不会过大；3.该应用单个节点上的两个电机并不是相同的用途，其中一个电机用于齿轮对接，另一个用于控制滑台丝杆，因此两个PWM不必同步，只需要所有从站同一功能的PWM计数器同步。

电机控制中，电流的采样同样需要和PWM同步。该参考设计中，利用的是基于sigma-delta ADC的相电阻采样，为了保证能够采样得到对应的相电流基波，需要在电压矢量0或者电压矢量1的中心时刻进行采样。以电机1为例，PWM-1在电压矢量0中心时刻的前OSR*ORD/Fsinc时刻产生PWM Trigger，触发sinc filter进行转换，其中OSR为sinc filter抽样率，ORD为sinc filter阶数，Fsinc为sinc filter调制时钟。整个转换时间为：2*OSR*ORD/Fsinc，采样得到的电流即为0电压矢量中心时刻的电流。

可以看到两者的同步，都是利用了PWM的Trigger功能，在设定时刻产生，并通过XBAR路由到其他外设，这里是PWM和sinc filter外设，进行相关事件的触发，整个同步流程操作十分简单，利于用户开发。

最后，便是如何将EtherCAT的sync信号去同步整个电机控制系统，由上文可知，两个电机与对应的采样都已经完成了同步，那么我们只需要将EtherCAT产生的sync信号与电机1的PWM计数器同步即可。

如上图所示为PWM模块的同步逻辑框图，可以看到该计数器有两个同步初始化源，在图中已经标识。常规使用中，一般只需要第二个初始化信号对PWM计数器进行初始化，以确保PWM输出的周期。除了PWM自身的载波周期外，我们还需要利用EtherCAT的sync信号去对PWM计数器进行同步初始化，这里我们只需要通过XBAR将sync信号路由至FORCE_OUT信号，去作为PWM计数器的第二初始化源。如此即可完成EtherCAT系统和电机控制系统之间的同步。

如图给出了PWM-1的初始化示意图，首先是初始化信号2为local初始化信号，该信号确定了PWM的周期，当计数到固定值时便会初始化PWM计数器。初始化信号2即为EtherCAT的sync信号，该信号并不会每个PWM周期都产生，该参考设计EtherCAT同步频率为4kHz，PWM频率为16kHz，因此，每4个PWM周期产生一个sync信号，当sync信号到来时，PWM波同样会被初始化。

图中为了突出同步的效果，刻意将sync信号与local sync信号区别开来，实际应用中，在经过第一次sync初始化后，后续的两个同步信号基本处于完全同步的状态，不会导致PWM波的突变。

在完成了EtherCAT与电机控制同步的基础上，下期将会给大家介绍如何设计一个高动态性能的电机控制系统。