MCU電機高轉速與精密位置控制新風向：雙電機控制
在由電子發燒友主辦的2021秋季電機控制先進技術研討會上，眾多BLDC驅控芯片廠商分享了他們在BLDC上的應用新玩法。筆者在大會上見識了很多新的電機控制組合，比如今年熱度很高的“一拖三”電機控制，雙電機控制平臺，強隔離驅控等等。
在眾多的玩法里，今天來看一看雙電機平臺應用。電機控制的本質是控制轉速和扭矩，雙電機控制要么是轉速同步控制要么是扭矩同步控制。雙電機控制的價值在于兩個電機的功率和一定要小于單電機最大功率，這樣才有實際使用價值，否則怎么算成本都是虧的。另外則是在雙電機控制下有更精準的位置控制，這在工業應用，移動機器人應用中有很大的用武之地。在和這些MCU廠商交談時，他們的雙電機應用主戰場都不約而同指向了工業設備與機器人領域。
交叉耦合控制、偏差耦合控制、虛擬主軸控制等等這些電耦合控制在雙電機同步控制中都各有利弊，各廠商也都采用的不同的方案。比如交叉耦合控制在同步能力和抗干擾能力上很強，但是需要FOC彌補耦合弊端。不管采用什么控制，大到工業機器人，小到服務機器人都需要電機精準位置控制。雙電機控制無疑會為此類應用帶來更好的驅控。
基于STM32F415ZGT6和STM32F303CC的雙電機控制
簡單來說，雙電機控制的優勢在于僅用一顆MCU就能控制所有電機。ST在大會上這套方案是基于STM32G4/STSPIN32G4來做的。在此套方案之前，ST也推出過基于M4核的STM32F415ZGT6和STM32F303CC的雙電機控制。
（STM32F415ZGT6雙電機控制板，ST）
基于STM32F415ZGT6的STEVAL-IHM039V1雙電機控制板已經可以進行雙FOC控制，雖然在運控上這個板并沒有太多讓人眼前一亮的地方。相比之下，同是早前推出，基于STM32F303CC的 STEVAL-IHM042V1雙電機控制板則更有聊頭。
（STM32F303CC雙電機控制板，ST）
這個板子為MCU提供了浮點計算支持并集成了兩個DMOS L6230三相電機驅動。STM32F303CC MCU具有48 KB內部SRAM、256 KB閃存、4個ADC、2個DAC、7個比較器和4個可編程增益運算放大器。內置的L6230 DMOS驅動器可以輸出2.8 A的峰值電流。在安全性上這個平臺也有保障，非耗散過電流檢測、交叉傳導保護、熱關斷和欠壓鎖定這些都是標配。
ST工業和機器人應用的雙電機平臺--基于STM32G4/STSPIN32G4
相比于上述兩個系列，基于STM32G4/STSPIN32G4的雙電機控制在兩個單獨控制器之間不需要通信總線，也會擁有更好的同步性能。尤其是基于SPIN系列的設計會擁有更緊湊的PCB尺寸，在集成度上會做的更高。得益于PCB尺寸減小，無源外部器件數量也減至更少，在成本上算回了一筆賬。
（基于STM32G4/STSPIN32G4的工業和機器人應用雙電機平臺，ST）
MCU加上驅動再加上電源管理，這種高集成度帶來的尺寸上的減少大概在6成。最多低至15μA的最低消耗解決了用戶對于低功耗的硬性要求。它可以支持FOC以及有感控制，并選擇了磁編碼器來提供準確的位置控制。為了使該控制平臺能實現更精準的位置控制以契合工業和機器人應用，該平臺另外集成了IMU進行運動數據采集以及對飛行時間數據采集。
（性能評估，ST）
在ST給出的性能評估中，即使在運行基于無傳感器FOC的雙高速電機控制時，CPU仍然具有50%左右的CPU資源去處理其他任務。轉速和響應時間這些基礎指標展現出的高性能也能從上表中看出。
寫在最后
不少國內廠商也推出了雙電機方案。雖然目前國內廠商沒有將這種方案單獨推出來，但從大會展示的產品上看得出國產廠商的雙電機方案也都在轉速，位置控制上下足了功夫。這種雙電機方案，得益于比起同類驅控更精的位置控制，在工業和機器人高端應用中預計會有相當大的市場。
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