固德晟基于瑞萨新一代RA8T2 MCU的EtherCAT双轴伺服控制方案介绍

瑞萨电子携手合作伙伴固德晟推出基于瑞萨新一代RA8T2 MCU的EtherCAT双轴伺服控制方案，该方案采用FOC电机控制算法，实现双轴交流伺服驱动，并通过EtherCAT实现与PLC主站通讯及双轴电机同步，为工业机器人、伺服驱动、PLC和自动化控制设备等应用提供完整易用的支持。

演讲内容

瑞萨电子RA8T2助力工业网络和机器人

固德晟RA8T2 EtherCAT双轴伺服控制方案介绍

Q&A

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RA-T系列专门针对工业自动化，机器人的专用产品系列，性能从高到低全面满足各个细分市场的需求。

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RA8T2产品定位于高端电机控制。融合了优秀的实时性能、优化的电机控制功能和网络通信功能。RA8T2给市场带来极致的性能，工作频率高达1GHz，可选的双核架构；同时集成了大容量的内存，千兆以太网，EtherCAT从站控制器，灵活的PWM定时器及高性能模拟，可降低成本，减少电路板空间，单芯片即可实现工业伺服控制。

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对于工业以太网的支持，瑞萨电子提供从MPU到MCU多种产品选择。

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在典型双电机应用中，双核架构的RA8T2可将电机控制任务分配给Cortex-M85，高性能处理电机的三环控制；同时Cortex-M33内核可用于实时通信（如EtherCAT，TSN，EtherNet/IP等）。两个系统任务互不干扰，并通过共享的RAM来做数据交互。

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总结一下，RA8T2产品以高算力，高集成度，支持多协议工业以太网，实时控制及小封装等特点，是现代工业伺服控制和机器人领域最合适的产品。

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固德晟给大家介绍现代工业4.0驱动伺服控制系统的发展趋势，对控制器需要更高的精度，更快的响应，更强的联网功能以及更高的集成度。

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这就是我们方案的总架构图。整个系统由EtherCAT主站、基于RA8T2的从站控制器、驱动层、执行层和反馈层五部分组成。RA8T2作为从站核心，一方面通过EtherCAT与主站通信，另一方面直接控制两路逆变器驱动电机，并接收编码器的反馈信号。这种架构清晰、简洁，充分发挥了RA8T2的集成优势。

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这张图更具体地展示了RA8T2与电机、驱动器的硬件连接关系。RA8T2通过PWM信号直接控制逆变器，同时通过ADC采集相电流，通过QEI接口读取编码器信号。这种直接、高效的硬件连接方式，最大程度地减少了信号延迟和干扰，确保了控制的精度和实时性。

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我们的方案采用了成熟且经典的三环控制架构。最外层是位置环，负责最终的定位精度；中间是速度环，负责动态响应和抗扰；最内层是电流环，负责快速、精确的转矩控制。这三个环层层嵌套，由外到内，控制周期越来越短，响应速度越来越快，共同构成了一个稳定、精准的伺服控制系统。

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在本方案中，我们将三环的控制周期分别设定为：位置环250微秒，速度环125微秒，电流环62.5微秒。这是一个典型的、经过优化的周期配置。如此高的更新频率，得益于RA8T2的1GHz主频和TCM内存。我们将关键控制代码放入TCM，并用硬件中断精确触发，确保了每个控制周期都能准时、无误地执行。同时，EtherCAT的DC同步机制也保证了整个系统时间基准的一致性。

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通信是整个系统的神经。我们选择EtherCAT作为通信协议，因为它完美契合了高性能伺服控制的需求。EtherCAT不仅提供了微秒级的实时性和纳秒级的同步精度，还拥有灵活的拓扑和良好的兼容性。在数据交互上，我们通过配置PDO，即过程数据对象，来定义主从站之间需要实时交换的控制指令和状态信息，确保了数据传输的高效和精准。

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采用我们的方案，客户可以显著缩短产品的上市时间，有效降低系统的整体成本，同时大幅提升设备的性能和可靠性。这些价值将直接帮助我们的客户在激烈的市场竞争中脱颖而出。

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展望未来，我们的方案还有巨大的发展潜力。借助RA8T2的AI加速能力，我们可以实现电机的预测性维护；从双轴轻松扩展到多轴，满足更复杂的应用；我们还可以深入开发功能安全特性，并结合能效优化算法，让伺服系统变得更智能、更安全、更绿色。

问答精选

Q1：如何获取瑞萨RA8T2的EtherCAT从站协议栈？需要外置PHY吗？

A1：需要从ETG下载SSC软件生成从站代码。RA8T2内置EtherCAT Slave Controller，而外部需要接以太网的PHY来跟主站进行通信。

Q2：MRAM和SRAM有什么区别？

A2：MRAM是新一代的存储介质，作用相当于Flash的功能，用于代码和数据存储。MRAM具有读写速度快，功耗低，高可靠性等特性，详细区别可参考以下表格：

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Q3：RA8T2 EtherCAT从站控制器支持热插拔吗？

A3：热插拔功能取决于主站，只要主站支持热插拔功能，从站就可以热插拔。

Q4：当两轴负载惯量差异较大时，如何通过自适应前馈补偿消除动态跟随误差，保证轨迹精度？

A4：两个轴控制环路相对独立，可分别进行自适应调试。我司样例方案有前馈补偿功能，但不针对某一特定应用。如需适应某一行业应用场景，需现场调试，或与partner现行方案合作推广，比如本次直播的固德晟私服方案。

Q5：RA8T2是否集成用于电机位置解码的接口？

A5：没有专用的解码器，但是通用ip可支持encoder,tamagawa,磁编等应用。

Q6：RA8T2在处理EtherCAT通信和FOC控制的时间调度上，是使用抢占式调度还是有专门的硬件中断通道来保证实时性？

A6：RA8T2是双核，电机控制（CM85）和EtherCAT（CM33）分别用两个核处理，两者互补干扰。

Q7：方案的过流，过压，超速等保护机制是通过硬件电路还是软件算法实现的？

A7：对于我们芯片来说，软件和硬件保护都支持，目前我们官方的方案，过流是硬件的。我们官方有参数整定方案，有一些partner的方案也有

Q8：该双轴伺服方案是否已通过PLC主流主站的兼容性测试？

A8：已做了兼容性测试。该方案DEMO使用市面主流的PLC和倍福TwinCAT的EtherCAT主站进行通信，并成功控制伺服控制器工作。

Q9：方案支持的电机类型，额定的功率范围以及典型应用场景的负载工况是怎样的？

A9：我们的方案目前可以支持Sensor less，encoder，磁编，tamagawa电机

Q10：RA8T2这种双核架构，在实际开发调试中，双核的程序烧录和Debug调试是怎么操作的？需要用特殊的仿真器吗？

A10：不需要特殊仿真器，可直接使用JTAG

更多信息，请访问RA MCU产品网页及瑞萨嵌入式小百科微信公众号。