Rheoli modur aml-echel
Yn draddodiadol, mae cymwysiadau rheoli modur diwydiannol yn defnyddio microcontrolwyr neu DSPs i redeg yr algorithmau cymhleth sy'n ofynnol ar gyfer rheoli modur. Yn y rhan fwyaf o yrru diwydiannol traddodiadol, defnyddir FPGAs gyda microcontrolwyr neu DSPs ar gyfer caffael data a diogelu gweithredu cyflym. . Yn ogystal â chaffael data, cynhyrchu PWM, a rhesymeg amddiffyn, nid yw FPGAau wedi chwarae rhan bwysig wrth weithredu algorithmau rheoli modur.
Nid yw'r dull o weithredu algorithm rheoli modur sy'n defnyddio micro-reolwr neu DSP yn cael ei ymestyn yn hawdd i sawl modur sy'n gweithredu ar gyflymder annibynnol (rheoli modur aml-echel). Gellir integreiddio ac integreiddio Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGA gyda gyriant modur echel-echel drwy ddefnyddio un ddyfais. rheolaeth
Gellir rhannu'r rheolaeth yn ddwy ran. Defnyddir un rhan i redeg algorithmau rheoli sy'n canolbwyntio ar y maes (FOC), rheoli cyflymder, rheolaeth gyfredol, amcangyfrif cyflymder, amcangyfrif sefyllfa, a chynhyrchu PWM; mae'r rhan arall yn cynnwys proffiliau cyflymder, nodweddion llwyth, rheoli prosesau, a diogelu (diffygion a larymau). Mae gweithredu'r algorithm FOC yn amser beirniadol ac mae angen ei berfformio ar gyfraddau samplo uchel iawn (yn ystod y microscond), yn enwedig ar gyfer moduron cyflymder uchel gyda inductance stator isel. Mae hyn yn ei gwneud yn fwy manteisiol i weithredu algorithmau FOC yn FPGAs. Nid oes angen diweddaru cyflym ar reoli prosesau, proffiliau cyflymder a diogelwch arall, felly gellir eu gweithredu ar gyfraddau sampl is (yn ystod yr amrediad milis) a gellir eu rhaglennu yn y subsystem adeiledig Cortex-M3.
Mae'r cyfnod newid trawsnewidydd yn chwarae rhan bwysig yn yr yrfa. Os yw'r amser gweithredu dolen FOC yn llawer byrrach na'r cyfnod newid, gellir ailddefnyddio'r modiwl caledwedd i gyfrifo foltedd yr ail fodur. Mae hyn yn golygu y gall y ddyfais gyflawni perfformiad uwch ar yr un gost.
(1) Modiwl rheoli modur IP. Mae Ffigur 3 yn dangos algorithm rheoli sy'n canolbwyntio ar feysydd synhwyrol, a drafodir yn yr adran hon ac fe'i darperir fel craidd IP.
● Rheolwr PI. Mae rheolwr cyfrannol-annatod (PI) yn fecanwaith adborth ar gyfer rheoli paramedrau'r system. Mae ganddi ddau baramedrau ennill addasadwy-cyfansoddiadol a chyfansoddol enillion-sy'n rheoli ymateb dynamig y rheolwr. Mae elfen gyfrannol y rheolydd PI yn gynnyrch yr enillion cyfrannol cyson a'r mewnbwn gwall, a'r elfen annatod yw cynnyrch y gwall cronnus a'r cyson enillion annatod. Mae'r ddau gydran hyn yn cael eu hychwanegu at ei gilydd. Gall cam integreiddio rheolwr y PI achosi ansefydlogrwydd yn y system oherwydd bod y gwerthoedd data yn cynyddu'n anymarferol. Gelwir y cynnydd hwn mewn modd anfoddhaol yn dirlawn, ac mae'r holl weithrediadau rheoli PI yn cynnwys mecanwaith gwrth-rewi i sicrhau bod allbwn y rheolwr yn gyfyngedig. Mae modiwl IP PI Microsemi yn defnyddio algorithm dirlawn ar gyfer gwrth-ysgwyd. Mae'r modiwl hwn hefyd yn darparu nodweddion ychwanegol i osod y gwerth allbwn cychwynnol.
• Rheolaeth sy'n Canolbwyntio ar Feysydd (FOC). Mae'r FOC yn algorithm sy'n darparu'r gyfres gorau posibl i'r modur trwy bennu a rheoli'r cydrannau torque a magnetization cyfredol yn annibynnol. Mewn modur parhaol magnet cydamserol (PMSM), mae'r rotor wedi cael ei magnetized. Felly, dim ond ar gyfer torque y caiff y cyflenwad a gyflenwir i'r modur ei ddefnyddio. Mae algorithm cyfrifol yn ddwys yn FOC, ond mae dyluniad cyfeirio rheolwyr modur y Microsemi wedi'i adeiladu ar gyfer y defnydd gorau posibl o adnoddau dyfais. Mae'r algorithm FOC yn cynnwys Clarke, Park, Clarke gwrthdro, a thrawsnewid Parc gwrthdro.
● Amcangyfrif o Angle. Un mewnbwn i'r FOC yw ongl rotor. Mae penderfynu cywir ar ongl rotor yn hanfodol er mwyn sicrhau defnydd isel o bŵer. Mae ychwanegu synwyryddion ffisegol sy'n pennu sefyllfa a chyflymder yn cynyddu cost system a dibynadwyedd. Mae algorithmau synhwyrol yn helpu i ddileu synwyryddion ond yn cynyddu cymhlethdod cyfrifiadol. Mae Microsemi yn cynnig modiwlau IP algorithm dau gyfrifiad ongl ar gyfer rheoli synhwyrol-un yn seiliedig ar yr arsylwr Luenberger a'r llall yn seiliedig ar gyfrifiadau EMF yn ôl yn ôl. Mae'r cwmni hefyd yn cynnig dyluniad cyfeirio ar wahân yn seiliedig ar synwyryddion ac amgodyddion Hall.
● PLL. Defnyddir y PLL ar gyfer cydamseru signalau ac mae'n ddefnyddiol mewn llawer o geisiadau, fel amcangyfrif ongl o'r gwrthdröydd a chydamseriad grid.
● Cyfyngiad cyfradd. Gall y modiwl cyfyngiad cyfradd weithredu newidiadau llyfn i newidynnau neu fewnbynnau system. Er enghraifft, mewn system rheoli modur, os yw'r cyflymder sy'n ofynnol gan y modur yn sydyn yn newid, gall y system fod yn ansefydlog. Er mwyn osgoi sefyllfaoedd o'r fath, defnyddir y modiwl cyfyngiad cyfradd i drosglwyddo o'r cyflymder cychwynnol i'r cyflymder a ddymunir. Gall y modiwl cyfradd cyfradd gael ei ffurfweddu i reoli cyfradd y newid.
● Modiwleiddio fector gofod. Mae'r modiwl modiwleiddio fector gofod yn gwella'r defnydd o fysiau DC ac yn dileu tyllau bach o switshis transistor. Gan fod yr amser troi / troi drosglwyddydd yn hirach na hyd y pwls, gall pyllau byr achosi ymddygiad newid anghywir.
● Cynhyrchu PWM tair cam. Ar ddiwedd pob cyfrifiad, mae foltedd modur tair cam ar gael. Defnyddir y folteddau hyn i gynhyrchu signalau newid y trawsyrwyr yn yr gwrthdröydd. Mae'r modiwl PWM yn cynhyrchu signalau newid ar gyfer chwech (tri ochr uchel a thri o drawsyddwyr ochr isel) â nodweddion uwch fel amser marw ac amser o fewnosod amser. Mae'r nodwedd fewnosod amser marw rhaglenadwy yn helpu i osgoi cylchedau trychinebus byr ar y pinnau gwrthdröydd. Mae'r nodwedd fewnosod amser oedi rhaglenadwy yn caniatáu i fesurau ADC gael eu cydamseru â chynhyrchu signal PWM. Gellir ffurfweddu'r modiwl i weithredu gydag gwrthdröydd sy'n cynnwys N-MOSFETs neu wrthdroi yn unig sy'n cynnwys N-MOSFET a P-MOSFET.
(2) Diddymu'r cynllun FPGA yn y SoC. Yn gyffredinol, mae dadwneud dyluniad ar ficro-reolwr yn gymharol symlach na dadfygu ar FPGA. Yn SoCs, gallwch fanteisio ar berfformiad uchel FPGAau tra'n cynnal manteision dadfeddiannu cyflymach mewn microcontrolwyr. Gall yr is-system micro-reoli a phensaernïaeth FPGA yn y Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGA gyfathrebu â'i gilydd drwy'r bws AMBAAPB neu AXI. Mae hyn yn caniatáu i ddata prawf gael ei chwistrellu i mewn i ffabrig FPGA neu datgelu data o ffabrig FPGA i helpu i ddelweddu data mewnol ar gyfer runtime ac ar gyfer dadfeddiannu amser real. Gellir rhedeg y cod firmware mewn un cam, a gellir gosod pwyntiau torri yn y côd i ddadansoddi data cofrestr FPGA.
Mae'r ateb rheoli modur aml-echel sy'n seiliedig ar SmartFusion2 SoCFPGA wedi'i gysylltu â'r cyfrifiadur gwesteiwr trwy USB ac yn cyfathrebu â'r rhyngwyneb defnyddiwr graffigol (GUI) i gychwyn / stopio'r modur, gosod gwerthoedd cyflymder modur a pharamedrau'r system arall, a thynnu hyd at bedwar newidynnau system, fel cyflymder Modur, modur cyfredol a rotor modur (Ffigwr 4).
(3) Ecosystem. Mae Microsemi yn cynnig set gyfoethog o lyfrgelloedd IP, gan gynnwys nifer o swyddogaethau rheoli modur a drafodwyd yn gynharach. Gellir addasu'r modiwlau hyn yn hawdd a gellir eu porthi mewn dyfeisiau Microsemi. Gellir ffurfweddu a chysylltu'r modiwlau hyn yn graffigol gan ddefnyddio offeryn SmartDesign o feddalwedd LiberoSoC. Gyda'r blociau IP hyn, gall dylunwyr leihau'r amser sy'n ofynnol i weithredu algorithmau rheoli modur mewn FPGA.
Mae'r modiwlau IP hyn wedi'u profi ar moduron sy'n rhedeg hyd at 30,000 r / min ac amlder newid 200 kHz.
Protocol cyfathrebu diwydiannol
Y duedd mewn rhwydweithiau diwydiannol yw disodli cyfathrebu pwynt-i-bwynt trwy ddefnyddio cyfathrebu rhwydwaith cyflymach. Mae cyflawni cyfathrebu cyflym mor uchel yn gofyn am gefnogaeth ar gyfer lled band uwch, nad yw'n hawdd i microcontrolwyr neu DSPs sy'n prosesu algorithmau rheoli modur ar yr un pryd. Yn y rhan fwyaf o achosion, defnyddir microcontrolwr ychwanegol neu FPGA i drin cyfathrebu â phob rheolwr modur. Protocolau Ethernet sy'n cael eu defnyddio'n gyffredin yw'r safonau PROFINET, EtherNet / IP a EtherCAT, sy'n dal i esblygu. Mae protocolau eraill yn cynnwys CAN a Modbus. Mantais defnyddio SoCs yn yr achos hwn yw cefnogi nifer o safonau protocol Ethernet Diwydiannol ar un llwyfan FPGA.
Gan ddibynnu ar nodau'r system derfynol, gellir optimized cost y system drwy ailddefnyddio cyfarpar IP a phrotocol (ar gyfer cyfathrebu), neu drwy weithredu'n ofalus mewn caledwedd (FPGA) a meddalwedd (subsystem ARMCortex-M3).
Mae FPGAs SmartFusion2 Microsemi wedi cynnwys CAN, modiwlau USB cyflym a Gigabit Ethernet fel rhan o'r is-system micro-reoli. Defnyddir y modiwl SERDES cyflymder uchel i weithredu protocolau sy'n cynnwys trosglwyddo data cyfresol.
diogelwch
Mae gan ddyfais SmartFusion2 SoCFPGA sawl nodwedd diogelwch dylunio a data. Gall nodweddion diogelwch dyluniad megis diogelwch gwrthgymeriad ardystio DPA a nodweddion amgryptio helpu i ddiogelu eiddo deallusol cwsmeriaid. Mae dyfeisiau SoCFPGA hefyd yn cynnwys nodweddion diogelwch data megis cyflymyddion caledwedd ECC, AES-128/256 a gwasanaethau SHA-256. Ar gyfer diogelwch data, gellir defnyddio cydrannau diogelwch meddalwedd EnforcITIPSuite a CodeSEAL. Mae EnforcITIP yn cynnwys cnewyllyn customizable (fel rhestr net) sy'n symud yr haen diogelwch i'r caledwedd yn effeithiol. Mae CodeSEAL yn chwistrellu gwrthfesurau i'r firmware, gellir eu defnyddio'n annibynnol, neu eu defnyddio fel gwelliant i EnforcIT.
Mae hyblygrwydd protocolau gweithredu yn caniatáu i ddylunwyr ddefnyddio haenau lluosog o ddiogelwch er mwyn dilysu gwybodaeth sy'n dod i mewn gan reolwr monitro canolog.
dibynadwyedd
Mae twf safonau diogelwch ar draws nifer o farchnadoedd yn gyrru'r galw am ddibynadwyedd uchel. Mae SmartFusion2 wedi'i gynllunio i ddiwallu anghenion systemau argaeledd uchel, diogelwch beirniadol a chhenhadaeth. Mae'r canlynol yn rhai o'r nodweddion dibynadwyedd a gynigir gan SmartFusion2 SoCFPGA.
(1) Ffurfweddiad cyfradd FIT di-dor gwrthsefyll digwyddiad sengl (SEU). Mae gweithrediad dibynadwyedd uchel yn gofyn am gyfluniad FPGA gyfradd FIT imiwn sero sengl, mae gan bensaernïaeth SmartFusion2 imiwnedd rhag ymbelydredd alffaidd neu niwtron oherwydd ei fod yn defnyddio cof fflach i ffurfweddu'r trawsyrwyr a ddefnyddir mewn matricsau a blociau rhesymeg. Gall FPGAs sy'n seiliedig ar SRAM gael cyfradd FIT (methiant amser) ar lefel y môr o 1k i 4k, sy'n llawer uwch na 5,000 troedfedd uwchben lefel y môr. Gall ceisiadau dibynadwyedd uchel dderbyn graddfeydd FIT o dan 20, gan wneud SmartFusion 2 yn ddelfrydol ar gyfer y ceisiadau hyn.
(2) Diogelu EDAC. Mae dyfeisiadau SmartFusion2 yn cynnwys rheolwr Canfod Gwall a Chywiro (EDAC) sy'n atal camgymeriadau i ddigwyddiad unigol yn y cof is-system microcontroller (MSS).
(3) Dim dyfais gyfluniad allanol. Mewn systemau cymhleth gyda nifer fawr o FPGAs, mae defnyddio dyfeisiau wedi'u ffurfweddu'n allanol yn lleihau dibynadwyedd. Wrth gychwyn, mae FPGAs yn cymryd amser i ffurfweddu, sy'n cyflwyno cymhlethdod dyluniad mewn ceisiadau sy'n defnyddio dyfeisiau FPGA lluosog. Mae'r FPGA SmartFusion2 SoC yn cynnwys cof cyfluniad y tu mewn i'r ddyfais, sy'n darparu'r budd ychwanegol o ei droi pan fydd y ddyfais yn cael ei bweru.
(4) Dyfeisiau dosbarth tymheredd milwrol. Mae dyfais SmartFusion2 SoCFPGA yn cael ei brofi'n llawn ar gyfer amodau tymheredd milwrol. Mae gan ddyfeisiau gradd milwrol unedau logig 10k a 150k gyda nodweddion diogelwch a nodweddion diogelwch data sy'n caniatáu mynediad i gyflymyddion cryptograffig.
i grynhoi
Mae'r Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGA yn defnyddio nifer o blociau IP rheoli optimized modur a chynlluniau cyfeirio profedig i ddarparu sawl nodwedd sy'n lleihau'r TCO o ddyluniadau diwydiannol. Bydd cwsmeriaid sy'n mudo o'r micro-reolwr yn gallu ailddefnyddio rhai o'r hen god, a bydd dylunwyr FPGA yn gallu ysgogi ffabrig FPGA a'r is-system ARMCortex-M3 i greu pensaernïaeth effeithlon sy'n caniatáu i'r modiwl rheoli modur a'r modiwl cyfathrebu fyw yn yr un pryd mewn un ddyfais. in. Mae presenoldeb is-system microcontroller ARM Cortex-M3 yn galluogi dylunio hyblyg a rhaniad deallus wrth wneud y gorau o ran perfformiad a chost. Mae'r is-system microgontrolwr hefyd yn chwistrellu a chofnodi data ar amser rhedeg i gyflymu dyluniad dylunio FPGA. Mae platfform SmartFusion2 hefyd yn cynnig ystod eang o opsiynau ar gyfer gweithredu protocolau cyfathrebu diwydiannol. Mae hefyd yn darparu lluosog nodweddion diogelwch ar gyfer dylunio a diogelwch data, yn ogystal â nodweddion sy'n bodloni gofynion dibynadwyedd uchel. Cefnogir teulu dechnoleg SmartFusion2 gan gefnogaeth pwerus ecosystemau i helpu cwsmeriaid i ddatblygu atebion diwydiannol gyda'r TCO lleiaf posibl.
