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【系列连载3】解读Microchip FPGA:电机控制解决方案
来源:Arrow 发布:2022/01/05 浏览量:663

Microchip能够提供对多轴电机进行精确控制的解决方案。无刷直流电机 (BLDC,Brushless DC motors) 和永磁同步电机 (PMSM,Permanent Synchronous Magnets Motor) 的无传感器磁场定向控制 (FOC,Field Oriented Control) 需要开发复杂的算法。虽然传统上使用微控制器和DSP来开发这些算法,但这种设计已经无法满足多轴电机控制需求的不断增长。经验证,在基于硬件的FPGA设计中构建这些复杂的算法,可以获得更高的性能和更好的可

目前,电机控制解决方案以多种形式和规模被广泛应用于多个市场领域。从植入式医疗设备中的小型电动机,再到工厂中的大型电动机,都要求对电机转速和扭矩可以高精度地控制,这也是确保操作环境的安全的关键。在多轴控制系统中,所有电机同步运作或彼此独立地执行某项复杂的任务。为了满足这些控制和集成要求,嵌入式设计人员设计的传动不仅要能够运行复杂的电机控制算法,而且要在连接性日益增加的环境下支持多个外设通信。

 

Microchip能够提供对多轴电机进行精确控制的解决方案。无刷直流电机 (BLDC,Brushless DC motors) 和永磁同步电机 (PMSM,Permanent Synchronous Magnets Motor) 的无传感器磁场定向控制 (FOC,Field Oriented Control) 需要开发复杂的算法。虽然传统上使用微控制器和DSP来开发这些算法,但这种设计已经无法满足多轴电机控制需求的不断增长。经验证,在基于硬件的FPGA设计中构建这些复杂的算法,可以获得更高的性能和更好的可靠性。

 

Microchip为多轴电机控制应用提供模块化和全套的IP组合和解决方案。丰富的IP库(如下表),可以加快完成电机控制模块的功能设计和调试,使FPGA的优势更明显,在FPGA设计上,这些IP可以作为加密设计项目 (Libero SoC)、VHDL和Verilog代码。

 

M2S010设备有12000个逻辑元件,21个18Kb RAM块和22个DSP块,有FG484, VF400, VF256和FCS325封装尺寸。在单个SmartFusion®2 M2S010 SoC FPGA中,可以实现六轴电机控制。无刷直流电动机(BLDC) /永磁同步电动机(PMSM) 的闭环控制包括读取电机的瞬时相电流,进行适当的转换,计算速度,使用PI控制器调整参考速度和转矩设置,计算新的角度增量值,产生新的空间矢量脉宽调制 (SVPWM) 值,并用这些新值更新相应的PWM寄存器。在M2S010设备中,这样一个FOC循环所需的执行时间大约为6µs。

图 在SmartFusion2FPGA器件中实现无传感器现场控制
 

在单个M2S010设备中,为了实现6轴FOC控制,每个FOC环路进行时分复用,以在50µs的时间窗口内完成6个环路。每6个电机可以单独使用这种技术控制不同的参考速度和扭矩要求。该解决方案在FPGA fabric中完全实现,SmartFusion®2设备的微处理器子系统 (MSS) 可用于其他任务,如运行通信协议栈或提供人机接口。

 

有关Microchip FPGA电机控制的更多信息,请联系咨询我们。

FPGA Microchip
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