随着3C行业的快速发展和中国人力资源的紧张,中国市场需要更多的小型工业机器人代替人工作。由于国内机器人伺服控制器输入电压为AC220V或AC380V,无法满足小型化、轻型化、可移动、高精度和智能化的小型工业机器人应用需求。本文针对面向小型工业机器人的伺服控制器的需求,基于PMSM,提出了面向小型工业机器人伺服控制器设计:DC供电、MCU+DSP双核控制、ISR Scheduler、Ether CAT通信和基于Ether CAT的多轴同步,在满足小型化、轻型化和可移动的同时,也满足高精度和智能化。本文首先分析了面向小型工业机器人伺服控制器的需求:小型化、轻型化、可移动、高精度、智能化、网络化,选择了基于Ether CAT的网络拓扑结构和基于PMSM的矢量控制策略,并进一步展开了伺服控制器的系统设计和硬件设计。基于MCU+DSP双核控制的伺服控制板实现Ether CAT通信、电压电流采样、编码器驱动、电机控制算法、PWM驱动和状态显示,伺服驱动板实现DC电源转换、电压电流检测、故障保护和电机驱动。伺服控制器的系统设计和硬件设计保证了伺服控制器的小型化、轻型化、可移动和高精度。本文在MCU+DSP双核硬件基础上设计了伺服控制器的软件架构。MCU核实现Ether CAT通信,DSP实现电机控制,通过双核并行运行提高电机控制的实时性和Ether CAT通信的实时性。分析并设计了基于矢量控制的电机控制算法和基于Co E的Ether CAT伺服控制器通信机制。提出了基于Triple-Buffer的双核间实时高速数据同步访问机制,该机制保证了双核间通信的数据完整性。提出了ISR Scheduler与RTOS相结合的方法,静态、高效地调度实时任务,以达到满足系统不同实时任务的需求。本文提出了一种以PWM定时为时基、Ether CAT SYNCx信号触发的多轴同步方案。通过Ether CAT从站的SYNCx信号来周期触发校正伺服控制器的PWM定时相位和标定伺服控制器的PWM定时计数值,进而实现了PWM定时的完全同步。以PWM定时为时基实现伺服控制器间的同时控制输出和同时采样反馈,则实现了小型机器人工业机器人的多轴同步。通过测试,满足了多轴同步时钟抖动<100ns的要求。本文搭建了基于双核芯片F28M35（ARM+C28）的伺服控制器的测试环境,在经过电压测量校准、电流测量校准和PID整定后,进行电流跟踪测试、速度跟踪测试和位置跟踪测试。测试结果证明面向小型工业机器人的伺服控制器能正确地对PMSM实施控制,并达到了相关性能需求,为进一步研发面向小型工业机器人的伺服控制器提供了研究基础^[2]。