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控制技術/MCU  

安全關鍵應用無感測器馬達控制方案

上網時間: 2015年01月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:馬達  微控制器  開關  感測器  FPGA 

對於安全具有關鍵性的應用來說,由於中斷和相關的服務常式而導致缺乏確定性,因此使用微型控制器來實現馬達控制的效果並不令人滿意

此外,基於微控制器的實施方案無法處理超過一個馬達,嚴重限制了其達到高性能(在取樣時間小於10μs和開關頻率高於100kHz下達到數萬RPM) 的能力。下圖一總結了現今使用微控制器的馬達控制工程師所面對的大多數挑戰,以及 SmartFusion2 SoC FPGAs-based解決方案為設計工程師帶來的價值。

使用美高森美(Microsemi)的 SmartFusion2 SoC FPGA,用戶可以選擇各種替代方案:1. 具有嚴格中斷遮罩控制的純軟體解決方案;2. 分區的硬體和軟體解決方案,硬體用於處理馬達控制演算法的關鍵部分;3. 確保更快的速度和確定性實施的純硬體解決方案。

所有這些選項都是可調節的,用於控制單一或多個(最多六個) 馬達,在極小密度和小占位元面積元件中採用多種演算法。現今可以使用的演算法包括:PMSM/ BLDC的無感測器FOC、使用霍爾的FOC、使用編碼器的FOC、用於感應馬達的VFD。

對於純硬體實施方案,使用者可透過Libero SoC獲得完整的IP模組組合,涵蓋Clarke和Inverse Clarke、Park和Inverse Park以及先進的PI控制器。此外,也提供轉子位置GUI控制,用於馬達配置以達到單一馬達30KRPM,或者配置六個馬達,使用時分多工演算法在單一設備中並行運行。該GUI還可以顯示來自FPGA元件的即時訊號,這對於除錯是非常有用的。

 SmartFusion2方案為馬達設計工程師帶來的價值
SmartFusion2方案為馬達設計工程師帶來的價值

圖內文字

左邊(從上往下):總體功率減少50%以上,靜態功率減少10倍以上;精密演算法(Luenberger觀測器)在無感測器FOC應用中用於角度估計;每個IP模組均透過模擬並在實際硬體上進行測試;與標準MCU相比,控制迴路性能提升14倍;馬達性能高達30,000PPM,用於多軸無感測器FOC則更高。

中間圓圈:低功率、安全性、模組化、PWM死區時間、能效、精確的轉矩輸出、準確的轉子速度/位置。

右邊(從上往下):SEU免疫能力,篡改保護,編碼準則符合DO-254等產業標準;提供模組化IP模組,採用基於模組的方法,易於移植和客製化;在進行邏輯和死區時間保護之前PWM停止,實現安全性。

總括而言,美高森美的SoC SmartFusion2和Igloo2 FPGA元件具有較大的密度,允許設計人員在ASSP、CPLD或其它分立元件中結合馬達控制實施方案和附加功能。這種高集成度進一步節省了BoM成本、減小了電路板空間、提升了系統的總體可靠性,並且簡化了採購過程。

 SmartFusion2方案為馬達設計工程師帶來的價值
SmartFusion2方案為馬達設計工程師帶來的價值

圖中文字:速度參考、PI-速度控制器、PI-Iq控制器、IPark轉變、SVPWM、PWM單元、逆變器Vdc、速度動作、速度計算、PI-Id控制器、角度估計、Park轉變、Clarke轉變、電流測量





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