ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ 责任编辑：王莹 要键般瓣 ＿．诃１ 通过智能电机控制优化实时性能与效率 文智 绍 ； Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏ 电制 ∞ 鏊Ｂｉｌａｌ Ａｋｉｎ德州仪器（Ｔ１）系统应用工程师，Ｃｈｒｉｓ Ｃｌｅａｒｍａｎ德『』、Ｉ’ｆ仪器（Ｔｆ）Ｃ２０００ ＭＣＵ市场营销经理 高机｛强蝴 三 栅 仃 的Ｍ孵 型 删 川 并 用异步工作模式。ＡＣＩ拥有优异的速 度与扭矩控制，能够以较低的成本实 现卓越的稳健性，且在高速情况下具 有出色的效率。ＡＣＩ的主要劣势在于 介 数十年来，大多数电机控制应用 都依赖于可为其实现低成本与实施简 便性的通用有刷ＤＣ与步进电机。不 寿命。 其需要复杂的反馈和控制机制，才能 避免速度变化和较低速度时的效率不 高级电机类型 ＡＣ电感（ＡＣＩ）电机能很好地满 受影响。 过，随着微处理器（ＭＣＵ）架构的不断 创新与集成度的不断提高，当今开发 无刷ＤＣ（ＢＬＤＣ）电机采用同步 足各种不同高性能应用的需求，其中 工作模式，可通过可变电流控制定子 人员能够采用更先进与更智能的电机 类型与控制机制，以极低的成本提高 电机的精度、性能、电源效率和使用 ８ＬＤＣ马达的后部ＥＭＦ Ｌ包括白色家电、泵、风扇以及压缩机 磁通量，而定子磁通量则由永磁线圈 等（如冰箱和ＨＶＡＣ系统）。由于电机 或电流馈电线圈保持为常量。同步控 的内部定子和转子由可变电流控制且 制能够提供非常高的位置精度，以及 以不同的速度旋转，因而ＡＣＩ电机采 更高的电源效率（也就是说，由于磁 ＾ ：戈１，、Ｊ ＾一ｊ ／ 置，－Ｊ、 铁固有的磁通量，因而驱动电机所需 的电流可以降低）。ＢＬＤＣ电机采用 ……～一 一￡ 一…～ 、＇ 。 、 ≮ ＼ ． 一系列状态（参见图１）对位置进行控 ／ 、 、 、 ＼ 、 ＼ ， ． ， ＼ 、 砬ｊ， 制。所支持的状态越多．对位置的控 ／ 一 、 ～ 制精确度就越高，但这同时也意味着 需要更复杂的处理过程。由于ＢＬＤＣ ● ．】ｌｌｌＩＩＩｌ［ｅｌｌ 为无刷操作．因而理想适用于维护和 磨损对总拥有成本影响较大的应用领 ・ＰＭＳＭ马达的后静ＩＥＭＦ ０盹堑杂的控制（连续３Ｐｈ正弦波 ・ＢＬＤＣ马达 ０迁珞糍刹｛六个梯群 盎’ ０盘｛彘舯的扭蝗技垃 “妻沮蹦乎纸谴成 。戈挺时ｌ见扭矩纹渡 域。ＢＬＤＣ是发展速度最快的一种电 机类型，能针对中高扭矩实现高效可 靠的操作，具有高功率密度和可用于 。疋离的最大可蜜砚遣虔 。低噪声 。可 低成毒分布式绕组协ｍ工仆 ０迎高技率ｎ亚太的扭矩 ０牵ｆ嚎￥ ０羊能与夺市＾托姬协嗣工许 ０斌率诋且机击菖枝４・ ０是攮的蔽氧 。建ｔ南的成莓 易燃环境等特性，非常适用于自动 图１ 无刷ＤＣ（ＢＬＤＣ）电机可通过 图２永磁同步电机（ＰＭＳＭ）采用 化、牵引、精密设备和白色家电等 一系列状态简化控制复杂性。所支持 “持续”的控制方案来提高定位精 应用。由于ＢＬＤＣ采用简单的换向技 的状态越多，对位置的控制精确度就 度。ＰＭＳＭ可实现低噪声工作和最 术，因而这种系统复杂度较低、重量 越高，但这同时也意味着需要更复杂 小转矩，理想适用于需要高精度位置 较轻，有助于实现小尺寸、高效率、的处理过程 低成本等优异特性，而且在变速及低 控制、超高速度和，或极高转矩的应用 ＷＷＷ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃａ ２０１０．１２雹孑殪品寸尿４４；ｉ－－＿一 Ｔｅｃｈ 责任编辑：王莹 ＥｒＩｌｂ Ｓｙ 的ＭＣＵ成本还不足２美元，即便对 路系统帮助开发人员以非侵入式的 要手动管理数学精度与分辨率问题。 ＩＱＭａｔｈ等库抽象化算 大量低成本应用而言也足以接受，有 方式直接存取内部微处理器资源；此 采用诸如ＴＩ助于提升性能、效率和精度。举例来 外．基于硬件的调试还可对已部署的 法设计 算法代码可在ＭＣＵ以及应 说，德州１仪器（ＴＩ）的低成本Ｃ２０００ 系统进行现场故障排除。Ｐｉｃｃｏｌｏ ＭＣＵ可在单颗芯片上控制两 个电机，同时仍能为功率因数校正 加速开发进程 （ＰＦＣ）等其他高价值特性预留足够的 用、控制机制与电机类型之间进行移 植。此外，抽象性还可简化第三方电 机控制软件与开发平台（如Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ ｇｅｔ与Ｖｉｓｕａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ 获得设计与调试所需的软硬件是 的Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｔａｒ性能空间。此外，这种微处理器还集 最大限度加速开发进程的关键。比方 的ＶｉｓＳｉｍ等）之间的集成，促进代码 成了众多基于硬件的特性，能够进一 说．通用硬件平台能帮助开发人员实 重复使用。而且即便在浮点与定点 步提升陛能和效率。 现设计的可扩展性，能针对不同应用 ＭＣＵ之间也可实现代码的“上下” ・加速器：基于硬件的处理能将 实现软件的重复使用，如从简单的电 移动。主ＭＣＵ解放出来，进而加快计算速 机应用直到高端的高精度应用等。此 专为电机控制应用设计的高集成 度并简化整体设计：例如，控制律加 外．提供丰富电机控制库的可视开发 ＭＣＵ的推出使开发人员不仅能够降 速器（ＣＬＡ）能完全承担起整个闭环 工具也能进一步扩展平台的价值，使 低现有系统成本，而且还可采用更智 ＦＯＣ系统的处理任务：除了可提升 开发人员能够将现有框架进行快速调 能的控制机制提高系统性能、精度以 电机控制的精度之外，加速器还能提 谐以适用于特定的应用领域，从而实 及效率。开发人员通过了解其可使用 供更多的处理预留性能空间，使开发 现高级别的功能。 人员能够通过抽象来简化设计 实施 的不同电机类型与控制方法，就可选 可视开发工具使开发人员能够将 择适当的方法与控制智能水平来构建 更高级的算法和／或采用成本更低的 现有框架进行快速调谐以适用于特定 易于扩展的高稳健系统，该系统不但 ＭＣＵ。 应用，从而实现高级别的设计。例如 支持各种增值特性．而且还可充分利 ・电机控制专用外设：ＭＣＵ上的 双通道无传感器ＦＯＣ式ＰＭＳＭ系统 用长期的代码投资。委妥圈 集成外设不仅能降低系统成本、提高 的增量构建。在这一点上，开发人员 系统精度，而且还能加速设计进程； 能够确认目标独立的模块、占空比以 参考文献 【１］Ａｋｉｎ Ｂ．Ｉｃｅ Ｃ Ｍｏｔｏｒｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｅｔｒｏｌ［ＲｔＯＬ］（２０１０—１—５） ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ ａｐ口ｌｌａｎｃｅｄｅｓＩｇｎ ｃｏｍ／Ａｒｔｉｃｌｅｓ／ＡｒｔｉｃｌｅＲｏｔａｔｉｏｎ／ 例如，高分辨率和已同步的ＡＤＣ能 及ＰＷＭ更新。此外 对电机表现建 让ＭＣＵ通过ＣＰＵ获取来实现ＡＤＣ 模的功能还可帮助开发人员在电机断 ＢＮＰ ＧＵＩＤ ９－５－２００６ Ａ １Ｏ０００Ｏ０００Ｏ００００７２６７２０ ｌ２］Ａｋｉｎ Ｂ．Ｉｃｅ Ｃ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｐｏｗｅｒ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏＩ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｒ／ＯＬ］ｈｔｔｐ：ｌｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｍａｋｅｒ ｃｏｍ／ｅｍｌａｄｍｉｎ／ｐｄｆｉｆｒｅｅＩＴｅ￣ａ％２０ＩＮＳ ｐｄｆ 采样同步，以执行时延极低的高准 连时确认ＰＷＭ操作，从而可避免意 确度电流测量：基于硬件的可编程 外熔断。 ＰＷＭ配合增强型特性不仅能优化性 ［３］Ｂｉａｎｃｏｍａｎｏ Ｖ Ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｕｒｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ［Ｒ／ＯＬ】 （２００９—１１—１）ｈｔｔｐ：／／ｅｅｔｗｅｂ ｃｏｍ／ｍｏｔｏｒｓ－ｄ ｒｉｖｅｓ／ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｕｒｎｓ ｆｏ ｈｏｍｅ ２００９１１０１， ｌ ４】Ｔｉｔｕｓ Ｊ Ｇｅｔ Ｒｏｌｌｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｏｔｏｒ—Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｓｉｇｎｓ［Ｒ／ ＯＬ］（２０１０－３－１ １）ｈｆｆｐ：／／ｗｗｗ ｅｃｎｍａｇ ｃｏｍ／Ａｒｔｉｃｌｅｓ／２０１０／０３／ ＴＩｆｕｓ～Ｅ什ｌｃｌｅｎｔ—Ｍｏｔｏｒ—Ｃｏｎｔｒｏｌ￣Ｄｅｓｉｇｎｓ／ 开发人员通常可通过采用定点 ［５］Ｒｅｐａｓ Ｒ ＤＳＰｓ ｇｏ ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ［Ｒ／ＯＬ］（２００５—１２—８）ｈｔｔｐ：／／ ｗｗｗ ａｌｌｂｕｓｉｎｅｓｓ ｃｏｍ／ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ／ａｅｒｏｓｐａｃｅ—ｐｒｏｄｕｃｔ— ｐａｒｔｓ／９１７８２４—１ ｈｆｍｊ 能，还能提升效率，并确保ＡＤＣ采 ＭＣＵ来降低系统成本，不过代价是 样不与ＰＷＭ切换同时发生：最后， 诸如ＣＡＰ／ＱＥＰ传感器接口等集成型 接口能够显著简化设计工作、减少组 件数，并降低系统成本。 ・实时调试支持：电机控制应用 面临的一个特殊挑战，就是耍在电机 不间断运行的情况下，持续提供中断 的同时进行系统调试：为了实现这一 目标，需要让基于硬件的实时调试电 ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ ２０１０．１２・誊予虚品寸苍４６§ｌ－＿ｌ