基于FPGA的系统促进提高电机控制性能.doc
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1、基于FPGA的系统促进提高电机控制性能电机在各种工业、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,因此需要更多处理能力来实时执行所有任务。现代电机控制系统通常利用多芯片架构来实现:数字信号处理器(DSP)执行电机控制算法,FPGA 实现高速I/O 和网络协议,微处理器处理执行控制。随着片上系统(SoC)的出现,例如集CPU 的灵活性与FPGA 的处理能力于一体的Xilinx Zynq All Programmable SoC,设计人员终于能
2、够将电机控制功能和其他处理任务纳入单个器件中。控制算法、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,因此硬件设计可以更简单、更可靠、更便宜。近年来,在MathWorks Simulink等软件建模与仿真工具的推动下,基于模型的设计已发展成为完整的设计流程从模型创建到实现2。基于模型的设计改变了工程师和科学家的工作方式,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
3、为,再将其部署到现场。这样就能降低受损风险,加速系统集成,减少对设备供货的依赖。一旦完成控制模型,Simulink环境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运作。一个可实现更高电机控制性能的完整开发环境利用Xilinx ZynqSoC实现控制器,MathWorks Simulink用于进行基于模型的设计和自动生成代码,ADI公司的智能驱动器套件用于快速开发驱动系统原型。Xilinx FPGA与SoC电机控制解决方案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
4、,每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。Zynq All Programmable SoC集高性能处理系统与可编程逻辑于一体,满足上述要求(如图1 所示)。这种组合可提供出色的并行处理能力、实时性能、快速计算和灵活的连接。该SoC集成了两个Xilinx模数转换器(XADC),用于监控系统或外部模拟传感器。图1. Xilinx Zynq SoC功能框图Zynq包括一个双核ARM Cortex-A9处理器、一个NEON协处理器和多个用于加速软件执行的浮点扩展单元。处理系统处理管理控制、运动控制、系统管理
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