基于fpga的系统提高电机控制性能

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1、基于FPGA的系统提高电机控制性能作者：AndreiCozma和EricCigan简介电机在各种工业、汽车和商业领域应用广泛。电机由驱动器控为，再将其部署到现场。这样就能降低受损风险，加速系统集制，驱动器通过改变输入功率来控制其转矩、速度和位置。高性成，减少对设备供货的依赖。一旦完成控制模型，Simulink环境能电机驱动器可以提高效率，实现更快速、更精确的控制。高级便可将其自动转换为由控制系统运行的C和HDL代码，节省时电机控制系统集控制算法、工业网络和用户接口于一体，因此需间并避免人工编程错误。将系统模型链接到快速原型开发环境可要更多处理能力来实时执行所有任

2、务。现代电机控制系统通常利进一步降低风险，因为后者允许观察控制器在实际条件下会如何用多芯片架构来实现：数字信号处理器(DSP)执行电机控制算运作。1法，FPGA实现高速I/O和网络协议，微处理器处理执行控制。一个可实现更高电机控制性能的完整开发环境利用XilinxZynq随着片上系统(SoC)的出现，例如集CPU的灵活性与FPGA的处SoC实现控制器，MathWorksSimulink用于进行基于模型的设计®理能力于一体的XilinxZynqAllProgrammableSoC，设计人员和自动生成代码，ADI公司的智能驱动器套件用于快速开发驱动终于能够将电机控制

3、功能和其他处理任务纳入单个器件中。控制系统原型。算法、网络和其他处理密集型任务被分流到可编程逻辑，而管理XilinxFPGA与SoC电机控制解决方案控制、系统监控与诊断、用户接口以及调试则由处理单元处理。可编程逻辑可以包含多个并行工作的控制内核，以实现多轴机器高级电机控制系统必须全面执行控制、通信和用户接口任务，每或多重控制系统。由于在单芯片上实现了完整的控制器，因此硬种任务都有不同的处理带宽要求和实时约束。为了实现这样的控件设计可以更简单、更可靠、更便宜。制系统，所选的硬件平台必须鲁棒且可扩展，以便为将来的系统改进和扩张创造条件。ZynqAllProgramm

4、ableSoC集高性能处理®®近年来，在MathWorksSimulink等软件建模与仿真工具的推动系统与可编程逻辑于一体，满足上述要求（如图1所示）。这种下，基于模型的设计已发展成为完整的设计流程——从模型创建组合可提供出色的并行处理能力、实时性能、快速计算和灵活的2到实现。基于模型的设计改变了工程师和科学家的工作方式，连接。该SoC集成了两个Xilinx模数转换器(XADC)，用于监控把设计任务从实验室和现场转移到桌面。现在，包括工厂和控制系统或外部模拟传感器。器在内的整个系统都可以建模，工程师可以先调整好控制器的行图1.XilinxZynqSoC功能框图模

5、拟对话49-03，2015年3月analog.com/zh/analogdialogue1Zynq包括一个双核ARMCortex-A9处理器、一个NEON协处理•利用原型硬件测试控制算法器和多个用于加速软件执行的浮点扩展单元。处理系统处理管理•在原型硬件上进行仿真和测试后，如果控制系统证明令人满控制、运动控制、系统管理、用户接口和远程维护等任务，这些意，则将控制器部署到最终生产系统上功能非常适合通过软件实现。为了发挥系统的能力，可以采用嵌入式Linux或实时操作系统。可以使用自给自足的处理器，而无需配置可编程逻辑。这样，软件开发人员编写代码与硬件工程师设计FPG

6、A结构可以同时进行。在可编程逻辑方面，该器件拥有多达444,000个逻辑单元和2200个DSPSlice，可提供巨大的处理带宽。FPGA结构可扩展，因而用户的选择范围很广——从包含28,000个逻辑单元的小型器件到支持最具挑战性的信号处理应用的高端器件。5个AMBA-4AXI高速互连将可编程逻辑紧密地耦合到处理系统，提供相当于3000图2.电机控制算法设计的工作流程以上引脚的有效带宽。可编程逻辑适合执行时间关键的处理密集MathWorks产品包括ControlSystemToolbox™、SimPowerSystems™型任务，如实时工业以太网协议等，而且它支持

7、多个控制内核并和Simscape™，提供工业标准算法和应用程序以对线性控制系统行工作，以实现多轴机器或多重控制系统。进行系统化分析、设计和调谐，此外还有元件库和分析工具，用基于XilinxAllProgrammableSoC的解决方案和平台满足当今复于对机械、电气、液压和其他物理领域的各种系统进行建模和仿杂控制算法（如磁场定向控制FOC）和复杂调制方案（如Xilinx真。利用这些工具可以创建高保真的工厂和控制器模型，进而验3和Qdesys设计的再生脉冲频率调制器）所提出的关键时序和性证控制系统的行为和性能，成功之后方移交实际实施。该仿真环能要求。境是验证极端功能

8、情形和工作状况的理想场所