电机驱动控制回路简介

现在 我们来谈谈控制部分 工业电机控制部分 通常情况下 可以由单片的处理器来承担 但根据实际的应用情况不同 处理器可能还需要承担额外的处理程序 通讯 功能安全及人机交互等等 这个时候我们可能需要更多的处理器 以及更多的功能模块来实现 那么什么是控制回路呢 简单来说 就是 采样 处理 执行 构成的回路 典型的电机控制回路用于 扭矩 速度和位置的计算 ADC把采集到的电压电流信号 送给处理器做复杂的数据运算 这包括了三角函数运算 反三角函数运算 开方 除法等等 处理器把运算出来的结果 送给PWM模块 PWM模块发波至功率模块 进而控制电机的扭矩 位置 速度等等 此外呢 外部控制系统呢 可以通过 通过通讯模块控制 电机控制回路中的 参数 进而 对控制器的性能进行调节 高性能的电机控制器 对控制回路中的ADC 运算能力 以及PWM模块都有很高的要求 那么在整个德州仪器的产品线中 有哪些处理器可以胜任这个工作呢 答案是C2000 C2000是专门针对电机控制定制的处理器 对电机控制的采样 处理 执行三个环节做了 极致的优化 采样部分有高达12.5伏的ADC ADC的精度可以从12位到16位 可选 此外我们还有高精度的高速 捕获 处理器部分 支持32位 单周期指令 比如 32乘以32的传加器 还有复数三角函数的硬件加速单元 做sin cos cotangent 仅需一到三个周期 此外 我们还有控制逻辑加速单元 这是一个独立的协处理器 可以协助处理多个实时控制回路 执行部分 我们有高精度的PTM模块 可以对PWM的占空比 周期 相位 死区 进行150品秒的高精度调节 更有灵活的PWM以ADC的 同步方式 以及无需CPU 无需时钟干预的 PWM直接关断等等 所有这些优化旨在尽可能缩减控制回路的 时间 包括数模模数的转换时间 环路计算以及后台任务计算时间 等等 C2000产品分为两大类 高性价比的短笛Picoolo 处理性能从40兆MSPS到240兆MSPS不等 主要应用于风机水泵压缩机 中低端通用电瓶伺服等 还有高性能的海豚音 Delfino 处理性能从 100兆到800兆MIPS不等 主要用于高精度伺服 新能源汽车 电机控制等等 这里着重向大家介绍F2837X 家族以及F28004家族 F2837X家族包含了 F2837X双核 F2837X单核 以及F2807X三个系列的产品 这三个系列的产品都是高性能的C2000的产品 主要在处理器的数目 ADC的个数位数 以及PWM上的数目有所不同 大概同种封装下 三个系列的产品 相互管脚兼容 F28004X 家族是德州仪器在2017年一季度发布的最新款 C2000产品 相对于前期的短笛家族 有着极高的性价比 这里F2837X家族中的旗舰 F2837XD 为例 给大家介绍一下C2000的最新功能 处理器部分我们有两个 高达200兆的C28核 每个核都配一个同组频的协处理器CLA 三角函数计算单元 维特比计算单元 总体的处理能力可以达到800MIPS 可以并行支持至少四个 独立的控制回路 TMS单元在计算sin cos arc sin cotan 时 最多只需一到三个周期 能够极大缩减电流环路的及算时间 采样部分有4个独立的12位 16位可选 ADC 而且还有8路sigma滤波器 直接对接德州仪器的AMC120X AMC130X 系列的隔离网 无需外部滤波器 就可以实现高精度的电流采样 执行部分的PTAM模块 更是升级到类型四 功能更强大 使用更灵活 相对于F2837X-D而言 单核的F2837XS 只少了一路C28+CLA 相对于单核的F2837XS F2837X的主频 减低至125兆 ADC呢 缩减至3路的 12伏的ADC 目前 F2837X家族 全系列产品已经量产 更多的详情可以登录到德州仪器的官网 进行查询 F28004X家族是 德州仪器2017年一季度 发布的最新的C2000的产品 貌似F2837X的缩减版 但其性能依然非常强悍 处理器方面 100兆的C28加CLA TMU单元 BCU单元 采样单元依然有3个独立的12位的 3.5兆ADC 4个sigma delta 滤波器 还内置有7个可编程运放 其功耗为之前的短笛系列 F2806X的一半 该家族的产品的样品 以及开发板目前可以在德州仪器的官网上 申请 预计明年一季度正式量产