通过智能电机控制优化实时性能与效率

。反馈环路可对速度、位置/角度、电流、磁通量以及转矩进行调节。FOC 需要测量速度以及转子与定子之间的角度。梯形和正弦控制则需要测量速度、位置和电流。

　　开发人员既能够采用传感器也能够采用无传感器方案来实施反馈。就采用 ACI 电机的应用而言，可使用测速计直接测量速度。采用 PMSM 的设计方案则可使用编码器或分解器对位置进行跟踪，同时可通过测量一定时间内的位置变化来计算速度。传感器确实会增加系统的成本和组件数量，但对高精度系统来说往往是必需的。

　　对于无传感器的方案而言，需要通过滑模 (Sliding Mode) 和模型参考自适应系统 (MRAS) 等"状态观察器"根据实时电流与电压的测量结果对电机的速度和角度进行建模(也就是进行估算)。这种方法的益处是电流和电压传感器比位置传感器(采用单个 DC 分流就能以低成本的方式对电流进行可靠的测量)便宜得多，但实施数学电机建模工作会占用系统微处理器一定量的 MIPS 资源。


　　集成型电机控制

　　当前片上系统集成的发展趋势改变了开发人员实施电机控制的方式。现在，支持智能控制机制实施的 MCU 成本还不足 2 美元，即便对大量低成本应用而言也足以接受，有助于提升性能、效率和精度。举例来说，德州仪器 (TI) 的低成本 C2000 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 (PFC) 等其他高价值特性预留足够的性能空间。此外，这种微处理器还集成了众多基于硬件的特性，能够进一步提升性能和效率。

　　● 加速器：基于硬件的处理能将主 MCU 解放出来，进而加快计算速度并简化整体设计;例如，控制律加速器 (CLA) 能完全承担起整个闭环 FOC 系统的处理任务;除了可提升电机控制的精度之外，加速器还能提供更多的处理预留性能空间，使开发人员能够通过抽象来简化设计，实施更高级的算法和/或采用成本更低的 MCU。

　　● 电机控制专用外设：MCU 上的集成外设不仅能降低系统成本、提高系统精度，而且还能加速设计进程;例如，高分辨率和已同步的 ADC 能让 MCU 通过 CPU 获取来实现 ADC 采样同步，以执行时延极低的高准确度电流测量;基于硬件的可编程 PWM 配合增强型特性不仅能优化性能，还能提升效率，并确保 ADC 采样不与 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，就是要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路系统帮助开发人员以非侵入式的方式直接存取内部微处理器资源;此外，基于硬件的调试还可对已部署的系统进行现场故障排除。

　　加速开发进程

　　获得设计与调试所需的软硬件是最大限度加速开发进程的关键。比方说，通用硬件平台能帮助开发人员实现设计的可扩展性，能针对不同应用实现软件的重复使用，如从简单的电机应用直到高端的高精度应用等。此外，提供丰富电机控制库的可视开发工具也能进一步扩展平台的价值，使开发人员能够将现有框架进行快速调谐以适用于特定的应用领域，从而实现高级别的功能。

　　可视开发工具使开发人员能够将现有框架进行快速调谐以适用于特定应用，从而实现高级别的设计。例如双通道无传感器 FOC 式 PMSM 系统的增量构建。在这一点上，开发人员能够确认目标独立的模块、占空比以及 PWM 更新。此外，对电机表现建模的功能还可帮助开发人员在电机断连时确认 PWM 操作，从而可避免意外熔断。

　　开发人员通常可通过采用定点 MCU 来降低系统成本，不过代价是要手动管理数学精度与分辨率问题。采用诸如 TI IQMath 等库抽象化算法设计，算法代码可在 MCU 以及应用、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 的 Embedded Target 与 Visual Solutions 的 VisSim 等)之间的集成，促进代码重复使用，而且即便在浮点与定点 MCU 之间也可实现代码的"上下"移动。

　　专为电机控制应用设计的高集成 MCU 的推出使开发人员不仅能够降低现有系统成本，而且还可采用更智能的控制机制提高系统性能、精度以及效率。开发人员通过了解其可使用的不同电机类型与控制方法，就可选择适当的方法与控制智能水平来构建易于扩展的高稳健系统，该系统不但支持各种增值特性，而且还可充分利用长期的代码投资。