当今，人工智能（AI）作为最前沿的科技之一，正以前所未有的速度快速发展，市场关注热度也不断攀升。从Atlas人形机器人到擎天柱（Optimus），各类AI机器人的表现让人惊叹。然而，在所有机器人项目中，电机驱动可以说是核心，也是一门深厚的学问。
Excelpoint世健邀请到了21IC资深工程师TopGun*为大家评测ADI Trinamic的无刷电机控制开发板，带你入门电机驱动。
*TopGun从事机器人领域，具有7年研发经验。
一、关于ADI Trinamic
ADI Trinamic是嵌入式电机和运动控制领域的技术领导者，拥有二十多年经验，在半导体行业被称作是一个神话，主要致力于运动控制产品的设计与研发（包括步进和直流无刷和伺服系统）。其主要产品包括芯片、模块和系统。产品具有体积小、集成度高、性能强等主要特点，可谓电机领域的“卷”王。ADI Trinamic将传统软件算法通过硬件来实现，可极大减轻生产研发的工作量。例如，集成S曲线加减速算法，可以让运动性能得到极大地提升，集成FOC算法可以让无刷电机开发变得轻而易举等等。
二、TMC4671硬件解剖
1、拆包
拿到套件，外包装是用可回收的纸箱，侧面贴有套件的信息。
包装做成了抽屉型，很有特色且很环保。抽出包装后可以看到，里面有减震泡棉保护里面的板子。
把包装里面东西都拆出来后，可以看到用静电包装着的板子，还有一根TYPE-C数据线。
拆开每个静电包装就可以看到每块板子的真容了，套件清单如下：
- Landungsbruecke x 1
- TMC4671-EVAL x 1
- TMC6200-EVAL x 1
- MOTOR CONTROL x 2
- TYPE-C数据线 x 1
2、Landungsbruecke介绍
Landungsbruecke主板正面很清爽，很多元器件都是NC。背面没有元器件很清爽，上面有板子的说明、网址等信息。
板子用的主控是NXP的MK20DX系列（飞思卡尔已被NXP收购）。Landungsbruecke主板的主要功能是配合TMCL-IDE上位机，让开发者快速配置开发板，快速配置及调试电机。
3、TMC4671-EVAL介绍
板子正面四周设计了排针排母，方便用户扩展接口；左右两边的排母主要用于官方板卡的扩展级联，有数字霍尔、增量编码器接口，以及模拟量编码器接口；背面主要是一些电容电阻和缓冲器。板载的芯片型号为TMC4671-LA，为QFN76封装，不复杂的硬件能极大地提高生产的可靠性，同时降低维修难度。
ADI TMC4671是一款完全集成的伺服控制器，可为BLDC/PMSM和两相步进电机以及直流电机和音圈提供磁场定向控制(FOC)。所有控制功能都在硬件中实现。集成 ADC、位置传感器接口、位置插值器，为广泛的伺服应用提供功能齐全的伺服控制器。
4、TMC6200-EVAL介绍
TMC6200-EVAL为高压栅极控制器主板。正面主芯片为TMC6200-TA,，TQFP48封装。6颗黑色芯片为英飞凌的mos管，型号为BSC026N08NS5ATMA1，具有6颗采样电阻。配有供电接线端子，以及三相电机的接线端子。板子背面同样没有任何元器件，只有关于板子的介绍；通信接口为SPI，供电电压范围为8~55V，最大峰值电流为10A。
5、Motor Control介绍
这里就不多介绍了，这个板子比较简单，主要作用就是连接两块板子，用于板子级联。
套件级联后的效果如上图，通过Motor Control连接板实现套件的级联。
三、小试牛刀，快速配置
工程师本人手上有个带霍尔传感器的无刷电机，刚好可以用来测试这个TMC4671套件。接好电源、电机三相线及霍尔接线，再用type-c线连接套件和电脑。
打开TMCL-IDE后，可以看到已经可以识别到Landungsbruecke主板，固件版本也能正常获取为V3.08。
在右边的配置面板可以自己选择板子的型号，也可以点击“Scan”自动扫描板子。
选择TMC4671-EVAL板子配置，点击“Wizard Pool”按钮进行配置向导一步步对TMC4671进行配置。
第一步，配置一下套件的功能，因为测试电机没有ABZ编码器，所以这几项得取消了。
接下来需要进行通用配置，此套件功率板用的是TMC6200-EVAL，电机类型选择3-Three phase BLDC，电机的极对数选择8，其他配置默认即可。
继续配置开环参数，点击“Set defaults”按钮，拖动UD_EXT的滑动条，然后点击“运行”按钮，电机就会开始慢速转动起来，左右两边的箭头为控制转动的方向，快进键为电机点动。
再下一个页面是对ADC进行配置。此页面只要能正常看到有ADC正弦波形即可，主要看ADC采集是否正常。
接下来对ADC进行偏移校准，两路ADC软件都通过实时采样数据自动算好偏移值了，直接点一下“Set”按钮就行了。
将页面往下拉，需要确保三相的电压和ADC采集的数据曲线重合，否则需要调整0x0A寄存器里面ADC的选择配置，直到曲线基本重合。
接下来对霍尔传感器进行配置，根据向导要让霍尔信号与电信号交叉，因为测试电子自带霍尔，所以不需要进行额外的校准，已经可以直接使用了。
配置好霍尔传感器进入测试步骤，首先点一下“Set defaults and start”按钮，输入目标电流点击运行，观测电机到电机能正常跑起来了，说明霍尔接口配置正常。到这里，配置向导基本完成，已经对套件完成初始化配置了。
四、电机性能测试
初始化向导后，就可以对套件进一步调试了。首先，打开“Selectors”对电角度输入源，速度反馈源位置反馈源进行配置，这里都设为霍尔传感器作为反馈。
PID参数调节是电机控制的痛点，TMC上位机这边提供了参数拟定的工具，选择“Torque/Flux”，点击“Start”开始后，就会自动对电机电流环进行参数拟定，拟定后的参数会自动同步到“PI control”中。
速度环的PI参数拟定也是同样的逻辑。设定好目标速度后，选择“Velecity”，点击开始后，即可对速度环进行参数拟定。
PID参数拟定完毕，我们就可以来测测实际的运行性能了。首先，对电流环进行测试，设定目标电流后，利用左右箭头两种按钮切换电机运行方向，通过换向来验证阶跃响应，也可自行微调PI参数达到更理想的运行效果。
接着，来测试速度环的性能。切换到速度模式，跟测试电流环一样，手动控制电机运动换向测试响应和跟随性，可以看到目标速度和实际反馈速度基本重合，说明跟随性很不错。
接着测试位置环，切换到位置环模式，设置目标位置，电机能很快运动到目标位置并收敛在目标位置。测试电机位置环，通过人为拧动电机，电机会很快就收敛到目标位置。不过，要想进一步提升位置环的性能，单纯用霍尔传感器是不够的，一般位置环的应用一般需要增量编码器或者绝对式编码器。
五、总结
ADI Trinamic推出的TMC4671真是电机控制领域的福音，由于算法直接集成到了芯片内部，电机小白可以不用研究晦涩难懂的clarke、park、反clarke、反park等FOC控制理论知识，只需要配置简单的寄存器，即可对电机进行快速开发，极大地节省了开发成本，相信定是未来一大趋势，未来可期。
