機器人、分析和處理系統都需要將大量高能效的驅動系統、高動態控制器和聯網總線系統以緊湊方式整合。"EPOS4 Micro"電機控制器基于現有的工業解決方案，使用CANopen或EtherCAT實現模塊化的多軸系統，而無需高昂的開發成本。

圖1：操作機器人是多軸系統的典型應用

需求：緊湊型多軸系統概念

手術機器人、醫療和實驗室技術中的分析設備，以及放射治療中的多葉準直器，尤其依賴于小型化的驅動系統。這些系統極為高效，需要以高密度的方式進行安裝。maxon DC 和 BLDC 電機系列與減速器、集成編碼器（用于測量位置和速度）組合而成的驅動系統，是此類應用的理想解決方案。這樣的"驅動包"通常還包括電機控制器，理想情況下能夠直接集成在設備里靠近電機和傳感器的位置。

其中，一個卓越的主控制器能夠協調各個驅動裝置的移動、與用戶進行信息交換（>用戶界面）、數據處理以及與 ERP 軟件聯網。根據不同的應用方向，主站可以是PLC、可編程多軸控制器（例如zub MasterMACS）、PC或基于微控制器的其他解決方案。

聚焦：微型電機控制器

電機控制器最重要的特性是高能效和高功率密度，使得所有組件能以節省空間的方式"打包"集成。同樣重要的是各種傳感器和執行器的連接，以及一個快速總線接口。對于將標準解決方案進行整合、以達到省空間的目的來說，連接技術是關鍵，但有時也是難關。因此在硬件層面上，必須在功能和連接技術之間找到一個實用的接口。"EPOS4 Micro"模塊提供廣泛的高標準化功能、現代控制器算法、緊湊型功率級以及 CANopen 或 EtherCAT 總線接口，且其尺寸僅有郵票大小（32 x 22 mm）。設備制造商可以將插件模塊集成到自己的電子元件或具有所需軸數的主板中，以結合設備特有的連接技術和附加功能。必要時，maxon 還可作為工程合作者參與此類電子板的開發。"EPOS4 Micro"是批量生產的工業組件（"COTS"= 現成商用），最大限度地減少了開發的風險和成本。每個微型模塊都包含完整的硬件和軟件，用于激活和控制有刷、無刷電機及總線通訊。這使得優化成本后的多軸系統在生產或維修時具有最緊湊的外觀、簡化的組裝方式和全部系統組件的接線。

總線接口：整個系統和 IIoT 的主干

每個驅動單元和主控制器之間通過總線接口交換數據以協調各軸間的運動，并為維護和基于IIoT（=工業物聯網）開發的系統提供信息。機器人和設備/系統設計中常見的現場總線系統是CANopen和EtherCAT。EtherCAT 具有高傳輸速率，因此在復雜的多軸應用中具有特殊優勢。但是，當作為單軸連接使用時，它的缺點在于需要額外硬件及使用大型標準化 RJ45 端子連接器。雖然控制器尺寸和端子技術在機柜中算不上問題，但卻能成為EtherCAT 的"致命準則"，尤其是在手持設備和機器人應用方面。對于“EPOS4 Micro EtherCAT”而言，在其開發階段就已明確需求，使用EtherCAT空間緊湊整合方式及特有連接技術為多軸系統應用提供完美解決方案。

圖2：與 RJ45 外部連接。三軸板上的電容耦合（內部）。

 “Micro（微型）”且EtherCAT

以 EtherCAT 為例，電感變送器（下文中為"磁性元件"）用于消除由于電勢差而產生的直流信號元件，抑制干擾，并確保信號完整性。磁性元件可以是單獨的組件，也可以集成在 RJ45 連接器中。但是，磁性元件和 RJ 連接器都需要印刷電路板上的很大空間。如果必須為每個單獨的軸控制器和 EtherCAT 網絡節點集成它們，它們也會提高成本。然而對于那些在通用主板上具有多個模塊化電機控制器的應用來說，EtherCAT 通過磁性元件連接并非絕對必要，存在通過電容耦合（即電容器）在內部（無磁性元件）連接單個控制器的 EtherCAT 端口的可能性。這樣做的前提是 EtherCAT 接口之間的導線短（通常10 厘米以內），以及各個控制器的邏輯電源間沒有電勢差。對于相應的電子元件設計而言，這樣做能夠確保其容納多個"EPOS4 Micro"模塊。在主板中，單個"EPOS4 Micro"電機控制器之間有可能建立經濟高效且節省空間的電容式EtherCAT 網絡連接，意味著帶磁性元件的 RJ 連接器現在僅作為外部的 EtherCAT 連接使用。

"EPOS4 Micro EtherCAT"支持電容式內部EtherCAT連接，以及通過磁性技術進行外部連接。在此基礎上，可以采用非常緊湊的多軸主板和直插式"EPOS4 Micro"模塊，同時降低成本和尺寸。根據這一原理，maxon 提供極其緊湊的多軸控制器：安裝表面為 90 x 56 mm（近似名片大小），同時配備三 組"EPOS4 Micro 24/5 EtherCAT"模塊。該產品作為使用"EPOS4 Micro"設計多軸系統的出色方案之一，在其緊湊的外觀、高性能和高輸出功率方面無與倫比。

 “Micro（微型）”且易于集成

使用"EPOS4 Micro"，數據和命令通過 CANopen 或 EtherCAT（取決于所選產品類型）傳輸并遵循 CiA^?402 協議（"驅動系統和運動控制設備配置文件"），同時支持標準化操作模式"PPM = 輪廓位置模式"，"PVM = 輪廓速度模式"，"HM = 回零模式"，"CSP = 循環同步位置"，"CSV = 循環同步速度"和"CST = 循環同步扭矩"。作為標準化的運動控制從站（Motion Control Slave），"EPOS4 Micro"（以及所有EPOS4系列）可以非常輕松地集成到不同 PLC 制造商的系統管理器工具和運動庫中。

對于那些不需要在毫秒周期內進行快速、循環數據交換的應用程序，基于Windows和Linux 的系統環境（例如 PC 或Raspberry Pi）也可以作為更高級別的系統控制器 （=主站）使用。maxon 的"EPOS 命令庫"是一個特定的運動控制功能庫，能夠加速主站方面的軟件開發，同時也支持用于數據交換的 USB、RS232 和 CAN 接口。

 “Micro（微型）”且適合IIoT

EPOS4 在機器或傳動系 IIoT（工業物聯網）環境中是級別最低的信息提供者。通過總線系統，EPOS4 可根據要求提供實時數據，如電機電流和扭矩、轉速、位置值、誤差狀態、控制器和電機的溫度及負載值，傳感器和執行器狀態等。不同數據的高帶寬以及快速循環數據交換的可能性是流程和生產監控的 IIoT 基礎，也可用于預防性維護優化。

 “Micro（微型）”但多功能

在功能、操作和軟件方面，"EPOS4 Micro"模塊與市場上已建立的 EPOS4 系列差不多。由于元件集成的密度大幅提高，僅少數功能和個別輸入/輸出端被省略，但并沒有放過任何有關控制器功能和性能的環節。與 EPOS4 產品系列其他型號同樣，"EPOS4 Micro"具有 25 kHz 電流控制頻率和 2.5 kHz 速度/位置控制頻率。現代控制器概念（如磁場導向控制（FOC）、前饋、觀測器控制及雙閉環控制器）同樣意味著"EPOS4 Micro"可以提供最大的電機性能和運動精度，可針對不同的應用要求、驅動電機和傳感器進行優化。雙閉環控制器在電機軸上具有增量編碼器，在輸出軸上具有 SSI 絕對編碼器，即使在傳動系統具有一定內部彈性或間隙的情況下，也可以對負載端進行精確的相關定位。"EPOS Studio"軟件具有不同向導，以便更好地支持用戶進行調試和參數調整。

 “Micro（微型）”但通用

"EPOS4 Micro"支持帶霍爾傳感器、數字增量編碼器和 SSI 絕對編碼器的有刷或無刷直流電機。如果電機軸上已有完成校準的 SSI 絕對編碼器（通常包含于 maxon 電機組合），可以運行不帶霍爾傳感器的 EC 電機。

總共5 個數字輸入、3 個數字輸出、2 個模擬輸入 （+/-10V） 和 1 個模擬輸出 （+/-4V）允許連接和評估涉及多軸的傳感器，如限位開關和參考點開關。作為總線系統的替代方案，也可以通過模擬信號控制扭矩或速度控制器（閉環）。

圖3：EPOS4 Micro與 U盤尺寸對比

 “Micro（微型）”，但功能強大

"EPOS Micro"提供高功率密度——每個cm²安裝表面的峰值性能超過50 W，無需散熱器或主動冷卻。具體而言，對于大小只有 32 x 22 mm（"EPOS 24/5 Micro CAN"）和 7 mm 厚度的控制器，要使得其表面滿足相當的功率級，意味著在24V電機電壓和 5A 連續電流，以及 15A 峰值電流情況下工作10 秒以上（相當于 360W）。上述性能均適用于 -30°C 至 45°C 的環境溫度，無需額外冷卻。隨著輸出電流的相對下降，環境溫度可能會超過 60°C，但控制器仍可正常運行。由傳感器監控該功率級的溫度，同時通過 I2t 監控防止電機過載。

 “Micro（微型）”，即使在調試時

現有的數字或模擬量的輸入和輸出可自由配置，并且與 CiA? 402 （CoE） 位置控制器的眾多功能和操作模式完美匹配。EPOS Studio 調試軟件的啟動向導將及其直觀地引導用戶進行基本配置，并對所有控制器參數進行自動微調，甚至可以應對復雜的雙閉環控制器結構。EPOS Studio 的集成數據記錄器能夠用來記錄和評估控制器行為和相關過程數據。對于沒有主板設計的初始測試環境，可選配即用式評估板。該選項同時包含各類附件和產品詳述文件。

圖4：EPOS Studio：雙環路參數微調功能

不僅僅是產品：作為系統合作伙伴的maxon

憑借產品支持及各種服務，maxon 所提供的不僅僅是目錄上的標準產品。特別是在集成一個或多個"EPOS Micro"產品期間，在尺寸、連接技術或主板附加功能方面可能會出現非常具體的應用要求。主板電子設計的具體信息包含在"EPOS4 Micro"的"硬件參考"手冊中，作為應用程序端系統開發人員的指南。

如果客戶沒有資源進行此類開發，maxon 可提供定制電子板的開發和生產等補充服務。在這里，maxon 不僅是產品供應商，同時也在驅動技術領域中，作為一名工程合作者承擔并且勝任系統化的工作。盡早與maxon展開信息交流和集思廣益，是找到技術和商業方向上優化解決方案的第一步。