除了常見(jiàn)的手推式或騎乘式割草機(jī)，您或許還了解過(guò)智能割草機(jī)器人。傳統(tǒng)的割草機(jī)需要借助人力來(lái)進(jìn)行操作，但割草機(jī)器人是一種具備自主智能規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化草坪修剪的智能設(shè)備，旨在替代人工完成草坪修剪任務(wù)。當(dāng)下，割草機(jī)器人行業(yè)正處在爆發(fā)式增長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，它憑借著其高效率、減少勞動(dòng)力、安全的特點(diǎn)，在歐美等庭院文化發(fā)達(dá)的國(guó)家盛行。

智能割草機(jī)器人中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)和割草電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩部分組成，行走電機(jī)主要控制機(jī)器人的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)向等行動(dòng)路徑，而割草電機(jī)主要控制機(jī)器人的割草刀盤進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)斷。所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中MCU（微控制單元）的穩(wěn)定、可靠和精準(zhǔn)度就顯得尤為重要。

凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出一款專門針對(duì)智能割草機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的無(wú)感FOC解決方案，采用LKS32MC45x系列MCU進(jìn)行行走輪的控制和LKS32MC07x系列MCU進(jìn)行割草刀盤的控制，配合增強(qiáng)型觀測(cè)器和低速觀測(cè)器，具備高集成、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)的整體解決方案。

行走輪方案詳情

圖1. 方案應(yīng)用框圖

單MCU雙行走輪方案，該方案內(nèi)置LKS32MC45x系列MCU

LKS32MC45x的主要特點(diǎn)

基于Cortex-M4F內(nèi)核，最高主頻可達(dá)192MHz

Flash：256KB，SRAM：40KB

兩組增強(qiáng)型MCPWM，頻率可達(dá)192MHz，支持兩個(gè)時(shí)基

豐富的模擬外設(shè)：三組14Bit ADC模塊，兩組DAC，六組差分型運(yùn)算放大器和六組比較器。

方案優(yōu)勢(shì)

性價(jià)比高：LKS32MC45x系列一拖二電機(jī)，強(qiáng)大算力+豐富的模擬外設(shè)可以讓一顆LKS32MC45x MCU同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)工作，滿足兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)過(guò)流保護(hù)的需要，適用于智能割草機(jī)這種雙電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景。

算法豐富：無(wú)感FOC算法，觀測(cè)器穩(wěn)定（支持增強(qiáng)型觀測(cè)器高速穩(wěn)定，低速觀測(cè)器低速帶載強(qiáng)）

參數(shù)自整定：電流環(huán)：根據(jù)電機(jī)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(diào)節(jié)PI參數(shù)

自動(dòng)弱磁：根據(jù)電壓反饋法自動(dòng)弱磁，算法穩(wěn)定可控

過(guò)調(diào)制：穩(wěn)定自適應(yīng)的過(guò)調(diào)制策略，提高電壓利用率

母線限流：支持母線限流，保護(hù)電池包

多種停機(jī)方式可選：關(guān)MOE/短下管/零電流/軟剎

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

兩組PWM交替運(yùn)行

兩組PWM時(shí)基正交計(jì)數(shù)，192Mhz高主頻支持M0與M1交替計(jì)算，采樣互不干擾，觀測(cè)器穩(wěn)定收斂。

圖2. 雙PWM交替控制

母線限流

通過(guò)檢測(cè)母線電流，計(jì)算實(shí)時(shí)功率，利用速度環(huán)限功率功能，限制母線電流為5A。

圖3. 母線限流測(cè)功圖

多種停機(jī)方式

關(guān)MOE：關(guān)斷可靠，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)

短下管：電流沖擊大，停機(jī)時(shí)間短

零電流：電流可控，停機(jī)時(shí)間適中

軟剎車：電流沖擊小，停機(jī)時(shí)間可配

圖4. 不同停機(jī)方式下電流

低速觀測(cè)器

全程觀測(cè)器閉環(huán)，大負(fù)載堵轉(zhuǎn)時(shí)觀測(cè)器收斂到極低速，低速帶載能力強(qiáng)，推薦電頻率<400hz。適用于低速工況，負(fù)載消失后立即閉環(huán)，觀測(cè)器穩(wěn)定工作。

圖5. 低速觀測(cè)器堵轉(zhuǎn)工況

總結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了凌鷗創(chuàng)芯&晶豐明源推出的智能割草機(jī)器人行走輪的高效驅(qū)動(dòng)方案——基于LKS32MC45x的單MCU雙電機(jī)無(wú)感FOC控制。該方案通過(guò)192MHz Cortex-M4F 內(nèi)核及豐富的外設(shè)，以單芯片驅(qū)動(dòng)雙行走輪并支持獨(dú)立過(guò)流保護(hù)；該方案已經(jīng)在多個(gè)實(shí)際案例中量產(chǎn)，助力客戶縮短開(kāi)發(fā)周期。

此行走輪方案也為整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制奠定高效基礎(chǔ)，下一篇文章將深入探討與之協(xié)同的割草刀盤驅(qū)動(dòng)方案——基于LKS32MC07x系列MCU的割草電機(jī)精準(zhǔn)控制技術(shù)。