对马达控制的误解及其实际情况--DSP对MCU影响

作者：Kedar Godbole

欢迎访问e展厅 展厅 1 电动机展厅 三相异步电动机, 单相电机, 马达, 伺服电机, 直流电机, ... 马达控制设计人员近来在家用电器产品与伺服驱动器等各种应用中的发展都遇到了障碍，必须在控制器性能或昂贵的价格之间进行选择。大多数马达控制应用本身成本较低。获得市场接受的必需条件之一就是产品价格要有吸引力，这就意味着必须选择能够实现工作目的的、从事其他作用有限的最廉价控制器。基于 DSP 的智能控制器正在改变这种情况，僵局被打破，基于 DSP 的新型控制器在相当适中的价格上实现了显著的性能提高。 如电压赫兹常量以及六步通信 (six step commutation) 等简单的控制算法难以实现高效率与优化机身大小所需的性能。基于 DSP 的智能控制器在两个方面改变了上述情况。 首先，其添加了计数能力。这使得设计人员能够实施性能更高的控制算法，如磁场定向控制。其次，计算强度更高的算法还使设计人员能够使用更高效的马达。举例来说，我们可用永磁马达替代 AC 感应马达，这就进一步提高了效率与动态性能。 当然，性能也有助于设计人员去除机械组件，采用适当的马达大小，并在控制器上集成更多功能，从而优化其系统成本。能够集成诸如速度、定位、转矩断面生成 (torque profile generation)、功率因素校正等更多功能的能力使设计人员能够以更低的成本做更多的事情。 计算强度较大的矢量控制等先进技术的所谓"问题"在于乘法与累加 (MAC) 运算占据了算法的大部分。标准的 8、16 或 32 位微控制器不能处理上述运算，因为缺少适当的总线架构来实现数学效率。最终，这就意味着我们必须将设计从根本上进行转变，不是转变到 DSP，而是发展到基于 DSP 的 32 位控制器。 人们对采用 DSP 控制器有许多常见的误解，这丝毫不足为奇，例如： DSP 控制器不具备马达控制外设； 代码密度问题使基于 DSP 的 32 位系统难以让人接受； DSP可能会较好地适合控制算法，但却不能很好地处理其他控制任务； DSP 软件很困难，设计人员必须忍受无实时操作系统与良好的工具支持之苦。 我们不妨来讨论一下上述误解。 外设集成 在提到重载 (heavy-duty) 数字信号处理时，马达控制工程师头脑里最先出现的想法可能就是善于进行数字计算工作的 DSP 控制器了--但是如何处理通用集成的外设功能呢？ 今天的马达控制 DSP 就马达控制应用进行了优化，片上集成脉宽调制器 (PWM)、编码器接口、通信端口以及模数转换器 (ADC) 等功能。其还包括了大量的快闪存储器和 RAM，这就消除了对外部存储器设备的需求。 代码密度 事实上，传统的 32 位微控制器架构在代码密度上有内在的弱点，这对存储器容量有限的低成本应用而言是关键性问题。 新型 32 位 DSP 架构采用经过认真选择的 16 位与 32 位指令混合，实现了最佳的代码密度。仅在需要时才使用 32 位指令。 以控制为导向的架构 最佳的 32 位 DSP 控制器带有原子读取-修改-写入指令等功能，可简化编程，其中断等待时间也较短，不足 100 纳秒，从而实现了响应性超强的 CPU。 软件支持 DSP 汇编程序已发展到了几乎很少要求编写汇编代码的高级水平。此外，算法开发也变得简单得多。例如，德州仪器 (TI) 提供了庞大的常用算法库，可立即运行在其处理器上，还有 BIOS™，一种专为 DSP 优化的实时操作系统。 如果需要定制算法，我们还将提供帮助。为了创建自己的算法，工程师可利用IQMath™ 工具，该工具能够简化定点计算的数学函数开发。 TI 正在实践着摩尔定律，开展创新性工作，使马达控制设计人员的任务变得更为轻松简单。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/20/2005)