智能割草机器人通过行走电机与割草电机的协同控制实现在草坪上的自主作业。在前文《智能割草机器人之行走轮：高效驱动，极致性能！》中，详细介绍了凌鸥创芯&晶丰明源推出的一款专门针对智能割草机器人应用场景的行走轮无感FOC方案，它基于LKS32MC45x系列MCU，可以实现割草机的前进、倒退和转向等操作。本篇文章将重点展示采用LKS32MC07x系列MCU的智能割草机器人的割草刀盘无感FOC控制方案，配合增强型观测器，具有高精度、强稳定等优势。
图1. 方案应用框图，右侧为割草刀盘控制方案
LKS32MC07x产品特点
该方案内置LKS32MC07x系列MCU，Flash 存储升级到128KB，MCPWM升级到12通道，比较器升级到3组，可满足两个独立电机过流保护。ADC模块升级到2组，可满足2组数据的同时转换，支持硬件过采样，精度高达12bit，可以对模拟信号进行高分辨率的采样。DAC升级到2组，符合两个独立电机应用。增加CLU可配置逻辑单元，无需 CPU 干预操作的可配置的数字逻辑运算功能，支持可编程的异步和同步逻辑运算，可用于多种数字功能实现：如替换系统交互逻辑，生成特殊波形，或是同步系统事件的触发等。
方案优势
参数自整定：
电流环：根据电机电阻、电感自整定参数
速度环：根据速度环带宽统一调节PI参数
自动弱磁：根据电压反馈法自动弱磁，算法稳定可控
过调制：稳定自适应的过调制策略，提高电压利用率
母线限流：支持母线限流，保护电池包
多种停机方式可选：关MOE/短下管/零电流/软刹车
顺逆风启动：支持反电势电路/观测器
高调速比：FOC支持低速稳定闭环，高速稳定运行
技术优势
顺逆风启动
顺风启动顺畅，电流无尖峰，可以快速切入闭环。
图2. 顺风启动电流波形
基于磁饱和效应法的静态初始位置检测
为了确保割草刀盘在启动时的准确性和可靠性，该方案采用了基于磁饱和效应法的静态初始位置检测技术。通过用手转动电机转子并持续注入高频脉冲信号，检测不同转子位置的角度值。观察到各个初始位置检测准确，可以确保启动不反转，并且成功率高。
图3. 不同转子位置的角度值
增强型观测器
该方案使用增强型观测器，收敛速度快，对电机参数敏感度低，并且支持高速运行（推荐0.1fpwm），动态响应速度快。在堵转时进入强拖，负载消失后立即闭环，观测器稳定工作。如果存在大负载启动，低速带载的场景需求，可选用高频注入算法，但该算法比较依赖电机的凸极性。
图4. 增强型观测器
方案评估板
图5. 割草机器人方案评估板
基于LKS32MC071CBT8开发板，可用于评估割草机刀盘控制方案，如图所示为开发板俯视图，主控芯片为LKS32MC071CBT8，采用LKS560驱动芯片驱动三相MOSFET。开发板可以通过跳帽选择单电阻采样、双电阻采样、三电阻采样或MOS内阻采样。电源转换电路部分采用LKS620实现22V~80V至15V的电压转换，当输入电压低于22V时可通过跳帽选择将BUS电压接到后级78L05稳压管。支持电位器模拟输入、按键输入、支持串口通信。
总结
凌鸥创芯&晶丰明源推出的基于LKS32MC07x系列MCU的智能割草机器人刀盘控制方案，凭借其高性能的MCU、先进的无感FOC算法，为智能割草机器人带来了可观的性能提升。它不仅提高了割草效率和质量，并且协同LKS32MC45x的行走轮方案，还帮助客户降低了开发成本和系统复杂度，为智能割草机器人市场的发展注入了新的活力。
来源：凌鸥创芯
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