基于汇聚式处理器BF50x轻松实现电机控制研究

详细内容

　　从电梯、家电到机器人和工业自动化生产线，电机几乎无处不在。而作为高能耗设备，数量巨大的电机的电能消耗占全球电能消耗量的比例极高，在美国估计50%的电能由电机消耗。由于许多电机的效率低下，如此巨大的能耗中很大部分被浪费掉。例如，小型交流电机的效率低至 50%。

　　电机的低能效对于工厂等应用环境来说是祸不单行——既消耗电能还产生了影响设备性能的热量。解决这个问题的一个办法是增加智能负载匹配和可变速控制，这种解决办法可以将能效提高14%~30%。如果这种解决方案得到广泛的采用，仅美国可以节省15%的总电能，相当于减少3000亿千瓦时的能耗，节约近150亿美元的用电成本，每年减少温室气体排放量达1.8亿吨。

　　低碳经济的压力让先进的电机控制方案日益得到重视，越来越多的电机开始采用先进的控制技术以实现目标应用的最佳性能，并尽可能降低功耗。此外，消费者与相关政府法规也对电机的节能、低噪声和安全特性提出更加严格的要求，而基于DSP的电机控制应用由于其独特优势正迅速获得越来越广泛的应用。

　　DSP成为高性能电机控制的首选方案

　　电机控制用IC可以分为三大类，即电机控制专用芯片、针对电机控制应用的MCU和DSP。

　　随着社会对环保理念的深入关切，低能耗产品设计面临越来越苛刻的需求。同样，近年来电机控制系统方案也面临越来越高的要求，一方面用于无传感器矢量控制的复杂算法和高级建模需要出色的处理能力，另一方面需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的综合优势。随着全球市场对节能和产品性能需求的提高，以及价格的持续走低，DSP的独特优势使其在电机控制市场获得越来越广泛的认可，由高端工业电机控制领域向更广泛的电机控制市场扩张。

　　高性能电机应用系统通常包括核心伺服功能、运动描述和主机通信功能。在过去诸多MCU或专用芯片解决方案中，由于处理器有限的处理能力，系统设计时必须对控制算法进行一定的折中以释放出足够的性能余量来实现其他功能，或者采用双处理器方案。随着DSP价格的快速下调，MCU与DSP的成本差异缩小，而DSP解决方案在减少器件数量和电路尺寸、降低整体BOM成本，以及提高系统性能等方面具有/uploadfile/201033092913653.jpg" border=0>

　　在选择电机控制解决方案时，为降低设计难度加快产品上市，还必须考查方案提供商是否提供强有力的应用支持。为了极大地方便工程师基于BF50x实现电机控制应用，ADI早在2008年8月就开始与上海交通大学强强合作，基于BF548处理器实现了BF50x在电机控制应用上的软硬件仿真设计，已经成功完成了针对基于BF50x的三相感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机控制应用的硬件平台和软件完整解决方案，可以向用户提供软硬件设计文档和算法模块及库资源。提供的软件模块包括通用ADC驱动程序、霍尔效应接口驱动程序（针对采用传感器的无刷直流电机控制应用）、PWM驱动程序等在内的全部驱动程序，以及各种算法模块。这些硬件参考设计和可直接使用的完整软件模块可极大地加快电机控制系统的设计过程，并大大地降低设计难度和成本。

　　算术库函数列表

　　Function name Function Description

　　ADC_DRV General Purpose ADC Driver (bipolar/unipolar)

　　BLDC_3PWM_DRV 3-Phase BLDC PWM Driver

　　CAP_EVENT_DRV Capture Input Event Driver

　　V_HZ_PROFILE Volts/Hertz Profile for AC Induction Motor

　　SVGEN_DQ Space Vector with Quadrature Control

　　SPEED_ CALC Speed Calculator Based on Period Measurement

　　QEP_THETA_DRV Quadrature Encoder Pulse Interface Driver

　　PID_REG Proportional and Integral Regulator

　　ILEG_DCBUS_DRV Line Currents/DC-Bus Voltage Measurements ADC Driver

　　PARK Park Transform. Module

　　I_PARK Inverse Park Transform. Module

　　CLARKE Clarke Transform. Module

　　I_CLARKE Inverse Clarke Transform. Module

　　HALL3_DRV Hall Effect Interface Driver for Sensored BLDC Control

　　DAC_VIEW_DRV DAC Driver

　　FC_PWM_DRV Full pare PWM Driver

　　SINCOSPH 2-Phase Sine Generator with Variable Phase Control

　　RAMP_TL Ramp Control Module

　　本文小结

　　在为您的电机控制系统选择DSP平台时，除了性能、特性外，应当选择具有市场优势和具有可以长期稳定供货能力以及具有长期相关产品发展策略的供应商，这对于OEM持续的产品开发非常重要，因为这涉及到研发成果(包括软件及硬件)的可重用性。ADI将工业应用作为其Blackfin处理器系列最重要的目标市场之一，而电机控制是工业应用的重点领域。在2009年年初，ADI就推出了针对电机控制等应用的低成本DSP——BF51x，而BF50x的推出再次在短时间内刷新了Blackfin处理器的价格新低，同时还实现了更多性能优化。而同期推出的低成本*估套件和仿真器配套产品也再次发出了ADI加强电机控制应用市场开发力度的强烈信号。