如何在C2000上实现小于1微秒的电流环的设计(2)

先做一下广告 现在都是开始讲技术了

这个就是 Fast Current Loop

这个是我们一般的Servo

我们理解的一般的Servo系统

它需要一个 有一个Motion Control

Middle Motion Control发出指令

然后通过我们的这个Servo Drive

变频器啊或者什么也好

这个控制单元 这边是电机

然后这边是这个

电极的这个角度传感器

再加上负载传感器

这个都是系统配置的

有可能只有一边

那么这里面我们如何去实现

把一个指令真正转换成电机的实际动作呢

一般的话 控制环 速度环

电交环 其他发射器

都是标准动作

那这里面 我要实现一个高性能的

伺服系统

它有哪些要求呢

那这里面 我们就逐个

去看 就一般呢

我们知道 这种嵌套式的内环外环

多环路的 内环一定要比外环快

然后就是越往外越慢

越往里越快

这样 我发送的指令 你里面才能保证有足够的速度去跟踪

否则你整个系统就相当于失控了 不稳定了

那一般的工程经验啊 就是

位置环比电流环的带宽

是9到50倍

这个是一般 泛泛而指

所以 意思就是 它们两个一定要有非常大的带宽的差

我的控制性能才会好

那么整个系统如果我想做得非常高端 非常好

的相应速度的这个能力的话

它的这个短板在哪里 就是说我这个

位置环 我可以提呀

我可以几百赫兹 或者几K

我能不能提到100K啊

或者200K啊 可不可以啊

如果这个行啊 那么能提到什么程度呢

对不对 所以我们这样分析下来

整个系统如果无限制地往上提升的话呢

最终的极限点应该在电流管

因为电流管 你在这边提升 这边永远都要比它大

大9到50倍呢 所以

从整个MCU的运算能力

从整个系统稳定性的角度去考虑

最终让你不能再提升的极限点应该就是电流管的限制

所以这就是我们为什么花时间研究电流管

让电流管它的整个带宽

大幅提升

那么如果我们要提升电流管的带宽的话

还有一个限制 就是我们的开关频率

或者我们不叫它 我们叫做离散频率

有学过控制原理的知道 就是说

从连续域 自动控制原理就是把这个框图

或者它的传加数

变成离散化的时候

其他框图都不变

如果你的离散频率和你的带宽很接近的话

你的向矫率就会变得非常差

有可能在连续域 你是一个稳定的系统

那么离散以后你就不稳定了

原因就是你的离散频率

和你的带宽很接近

那我刚才说了 要提升整个系统性能

我就要尽量大带宽的电流环

那么尽量大带宽的电流环 那么如果这个带宽

往前扩大扩大

接近你的开关频率或者你的离散频率的时候

你的系统可能就不稳定了

因为你的带宽和离散频率太接近了

向矫率和幅度会受到非常严重的影响

这就是一个上加的限制

那可以啊 我这个离散频率影响我了

我可以再往上提嘛

一开始是10K 我可以提升到50K 100K

这个都可以 你软件上都可以提

但我100K的屏幕 那你知道你的Mouse啊

损耗啊 发热啊 这个

是非常严重的 所以在通常的实际应用中呢

我们不能无限往上提

所以这个是一样的 我们所有工程问题都是在权衡

就是这边太高了 那边下

那边太高了 那边下

要找到一个平衡点 两边可能都不是我最想要最极致的表现

但平衡了以后 都能满足我系统性能指标的要求

那所以 我们现在做的一个工作就是

尽量在不大幅提升PYI频率的情况下呢

能够把电流环的带宽能够提升

这是我们做的初衷

那么我们就是 从逻辑的角度

我们先不看具体环路的实现

我们就是从逻辑的角度去看我们怎么

去把这个电流环的带宽提高

那么我们知道整个环路为什么我们带宽

受限呢 其实

我们先讲这里

啊 我们在这里可以把那一页的内容涵盖了

这个是我们理解的电机控制的电流环的一个

这个控制框图 就是传电函数的一个

控制框图

其实我们看到其实这里都是连续域的 都是S的

那么整个框图呢 我们看起来很简单

就是PI环的一个控制 但是实际上呢

你要用这个做的话 你可以让它转

但是性能呢 肯定不好

为什么呢 因为它考虑的不全面

最主要的是 这个Delay它没有考虑进去

就是我们在用数字化的方式去实践的时候呢

采样 计算 再发PWM

这段时间对于这种低精度的控制系统

完全可以忽略 因为

你的最高的带宽可能在几百赫兹

终端频率可能在10K

5K 那就是远远大于 那么满足我们

这个从连续域到离散域的 我的离散频率

远远大于带宽 就是我不care 我不考虑

离散率对这个系统的影响

那么这个第一要求的这个系统

我们可以当做完全没有 就像刚才那个

上面的框图

去做 系统就可以 系统就可以转

可以跑得很好

但是如果我们把要求提高的话

那这个很多细节你就要考虑了

那我们这个着重强调的是

数字化时候的这个延迟

同时还有你整个采样环路

硬件调理环路 我的这个

运放 我的这个运放电路围绕在

电功率啊 这个电功率是什么带宽

那么你也要在这里面 把这个也考虑进去

就是严谨的这个系统

当然你可能考虑进去了以后 可能发现

其实对我们的这个带宽没有任何影响

因为这个硬件的滤波可能是我开关频率的10倍

或者100倍以上 所以

我们在整个带宽里面 我可以

但实际上 它是不影响的

所以为了简化我们研究的计算轨道

我们把它删掉 大家还是要严谨

还是要加上 因为它的接触

肯定不一样

就是加上以后 可能对你的带宽

对你的频率可能影响不大

但它对整个系统的接触会增加

OK 我们回到这个Delay上

我们从自动控制这个原理的角度上去看的话

有这个delay 和没这个delay其实对我系统的稳定性影响是非常非常大的

就是如果这个delay的时间也是

我们这个离散的频率

如果有关系 如果跟它相互一综合的话

我们的系统就会稳定或者不稳定

所以我们要仔细去研究这个delay

现在就是有一个结论 认为就是这个delay越长

那么我的系统不稳定 或者我的电流和带宽

就会越难往上提

这个 是我们可能大多数

配置我们的PWM或者中段

用的一种办法

在这里 我们去采样

然后呢 这段时间 我或者是计算

计算可能没有这么长时间 但我们知道

C2000它有一个

PWM更新的一个

模式 我们叫shadow模式

就是说 虽然我在下一个周期都算完了

但是我并不更新 我是在这个

零点 或者在下一个周期点

我再让新的PWM装载

这是我们很常用的一种方式

但这个问题相当于就是我从这一点开始

到这就是全部是Delay

就是我有一个叫compare的这个时间

这个delay 再加一个PWM Update的时间

大概有1.5倍的我的整个

采样周期的这个delay的时间

那这个呢 那就看吧

那系统要求高的时候 就1.5倍的时间

就可能让我的带宽推不上去了

那首先呢 我们要实现这个1微秒的电流环呢

第一个措施 我们有几个措施

我们一个一个来讲 第一个措施

就是我们不用shadow update的这个模式

我们用一个漂流模式 叫做immediate

直接update

那么我就是在这里采样

然后进行验算 从这到这

马上update 但这种update

会有几个问题

其实一个就是

我的PWM发波的这个范围的问题

大家有没有知道的啊

可以举手来回答一下

可以可以

哦 没人知道吗

没人知道 讲解就给我了

其实就是 如果我这个算测的时间如果是1%

那么我这个PWM最多只能发到99%

因为如果我想发100% 我在这就应该

告诉它是高定位

但我这段时间在算

我不能告诉他我要发百分之百

所以你这个计算时间越长

你要发波的duty的范围就越窄

这是一个问题

另外一个问题 就是我们刚才说的 越长 delay就越长

那这个就是一个稳定性的问题

反正这个呢

你虽然是不太好 但仍然会

起码比刚才那个delay要少得非常非常多

而且如果我们把它控制在2%

一般是在2%以内

我拧到这个98%的duty

其实对大多数应用来说其实是够了

我不一定要完全发到直通100%

那么这是我们的一个目标

这是我们的第一个手段

就是1%是最好的 越短越好

然后呢 这个就是

我们整个算出来以后

回到这个 就是

我们的目标就是我尽量减少

从我采样 计算到发送PWM

这中间的延迟的时间

我们知道这一系列动作

涉及到MCU的几个外设

AD CPU

因为我把AD的信息传递给CPU

我们内部的数据总线

然后我算完以后 再通过内部路线把它

发送到PWM

PWM 再动作把它变成电频

整个这一系列环路

都是我们MCU这个

实时控制的一个最高的考验

所以 我们如何能够把这个思路

真正能最快速度地实现呢

那就是C2000

就这个 那我们从这个

AD先来

Zero Wait State

这个slide 看到的最多的就是zero wait state

不要犹豫 马上抢购

信号来了 就是zero wait state

可以过来CPU

zero wait state 然后ram rom

那所有的这个都是我们的数据总线

整个芯片的结构设计

就是为了这个高速实时系统

去设计的

所以它的决策 整个MCU的决策

是非常简洁而迅速的

高效的这种决策机制

特别是有些高主频的MCU

它如果需要2级缓存啊

KH啊这些

它每一步都需要一个仲裁机制

所以这些都是要花时间的

所以我们整个这个回路

是非常简洁的一个模具

所以它能以最快速度把这个信号

传递到MCU

然后把每个部分该计算计算

然后我们的很多环节都是硬件实现的

比如我们的AD

我可以通过一个事件让AD开始工作

这个时候呢 我的主CPU是不用介入的

比如说 我通过我刚才的这个

PWM的周期的这个事件

只要我的PWM在跑道上跑 它就能启动AD

AD采完了之后 它会给我一个事件 让我记录

让我中断 我再去算

要算的这个控制环路

那AD启动到采样

当然是非常非常快

我们知道这个大概是 原来我们的PLM

大概是200多个 不到200个大秒

其实是非常快的 但对于高精度系统

当然要强调的是高精度系统

这个时间也要考虑到

但如果你要考虑的话 这个时间你可以去干别的事了

因为主CPU不用在那里等着了

很多这个东西 比如你说进度慢

看AD 等 等完了AD我在计算

那这个就相当于我浪费了

当同时呢 PWM也是一样

也要很多硬件的自动机制

你只要对它进行配置

它就会按照你的配置周期进行工作

真正需要主CPU去计算的时候

CPU就去接了

什么是FCL

FCL就是fast current loop

就是今天我们讲的这个

SOC Timing ADC PPB

这里这个PPB呢这个

我们仍用我们老一代的这个

C2000的 2812

和这个2407等等

那我们那个时候呢 就是

其实现在也是一样的 我们AD模块是需要这个

correlation的

它用到offset correlation

还有一个斜率的correlation

那我们知道老一代产品2812 2407

都需要我们工程师自己做的 而且你把这个telegram

的结果提高 set一个ratio

每一次采回来的AD值都要在代码里面写

把这两个传过去减回去

然后把你的AD矫正

现在我们这个叫ADCPPB呢

就是把这个过程用硬件实现了

所以在底层配置好了之后 每次你从AD

计算器读出来的结果

它就把(听不清)的部分做完了

硬件都做完了 就是已经把offset减去了

已经把ratio都乘过去了

这步已经做完了 所以你这个仍然是

不需要主CPU浪费时间去做这个的

这个是PPB

当然它还有温度的一些矫正

因为我们MCU内部有一个芯片温度的采集

要把这个温度采集信号

去做一个温度补偿

当然可能因为我们用不到这个

我们是有这个功能预留在那里的

然后是TMU

这个是非常强大的 也是我个人非常喜欢的单元

这个提升机动效率是非常明显的

同时我们的这个CLA

我们实现1微秒的电流环CLA

也是功不可没的 我们必须要用到CLA

就是很多部分其实是同时并行在计算

因为这两个是独立的核

他们都可以分别取访问我们的AD

我们的PWM

等等这些模块

所以他们是有自己完全独立的决策和这个

计算流程的 互不干扰

当然他们之间呢 也有我们所谓的

双重ram去高速的实施通讯

所以这个 我们实现这两个

1微秒的电流环的话 这两个是一个组合 一个CLA

和一个C28核 他们同时工作是很重要的一块

我们刚才讲了这个

第一个啊 就是这个是我们

C2000的这个

设计 整个这个模块的设计

包括外设的性能

同时再加上我们刚才这个

这个PWM update

来缩短这个延迟 但我们知道

虽然缩短了 但还是有延迟的

只要延迟在我的控制环路里面

它就会对我的传电函数 我的波特图的带宽

有一定的影响 那这里呢

我们又搞了一个secret格式

这个框一直都会是这个框啊

我也很期望它能把这个打开

我也不知道这里面是怎么实现的

但原理我们接受过组织培训啊

它就是用一个

其实我们自己用控制原理的思路去想

大概也会知道 其实是一个反向补偿

那我们大概知道这个延迟存在的话 我们可以从

控制原理的角度 可以对它进行补偿

同时呢 我们知道 尤其是对我们FOC这种

控制环路 那我们的这个

会有一个低客流的这个耦合

我会同时用这个compex controller

去把这个耦合也去掉

所以 它主要有两方面的工作

就是把这个低客流耦合

通过这个compex controller把它解决掉

同时会对延迟进行补偿

就是进一步减小我们这个

整个这个系统delay对这个

带宽的影响

所以我们最终

这是最终的一个测试图

这就是开始采样

到PWM更新

912个纳入点的话

每秒之内的

实测模型

对于这个 我们有一个比较

这912微秒

是我们不用complex controller的

就是我们传统的PI

那么用complex controller是940个纳入

那也就是比它稍微多一点

然后 fast current loop

就是这几个

特点吧 就是

主要就是我们刚才讲到的两点

第一是Immediate Update

还有一个就是complex controller

那我们最终是可以实现

这个刚才没讲到啊

就是可以实现3K的电流环带宽

是在10K的采样频率下

实现的3K的电流带宽

大家了解控制原理的话

其实知道这是不容易做到的

然后呢 我们很多伺服系统里面

会用到一个FPGA加一个转MCU的程式

我们这里也交流一下 如果用FPGA的话

它会有哪些 我们不叫问题吧

就是麻烦或者不容易处理的地方 第一个就是说

FPGA里面会有很多电频和电容

要提供多路电源

同时呢 它还没有内存

还要外挂AD

等等就是一系列的这些问题

就是还和主CPU进行高速通讯

增加了这个任务量啊

那这个选择就是

对于C2000这个

尤其是三级进阶这个

可以帮我们做到这个FPGA加

这个一个其他MCU方案

完全一个系统就可以搞定

同时呢 我们可以看到这里position manager

就是上一节有同事提到的这个

它就是一个绝对位置编码器的解码环节

那么我们这个三级进阶呢

跟大家讲 它就是有一个小单元叫

CLB 这在我们的数据手册上也有写

那这个CLB呢

大家可以理解为它是MCU内片

集成的一小块的这个

FPGA接口 它实际上是

FPGA功能集成在里面的

这些功能是偏内部的 能够去编一些内部的

软件库去损耗

CLB的功能

那我们现在有的这个就是position manager

那么它是节能 它是软件库的形式

有非常多的协议

你不用去换硬件

就是你芯片内部就可以

想要这个协议 就上这个代码

这个位置是这个协议

所以这里跟大家提一下

大家如果想了解详情的话 可以去官网看一下

G7D的position manager的这个

相关的内容。

然后我们现在FCL的这个呢

是以network的形式

去给大家提供

大家只要把这个network拿出来

配置一下 输入输出给进去

我们都能实现1微秒以下的

当然这个complex controller

也在里面

有点神秘啊

不知道什么时候才会open source

这个是我们的一些tools

还有一些资源 大家可以

我们有一个叫IDDK的

电源板 我们在这个板子上呢

配备了很多这个

供大家评估的办法 看个插槽啊

功率模块 大家可以直接

用我们的tool的软件

接到我们的control time上

这个板子上直接可以烤电机

评估电机的性能

这个是非常方便的 同时呢

我们的板子上还预留了你的公共安全的拓展

那电流采样

我们有下管电流采样

和Line采样

霍尔采样

还有德克斯马采样

就是你可以选到底用哪种 这几种都有

你只需要选其中一个就可以了

就可以控制系统

然后 我们有很多这个

就是design drive

就是我们刚才提到的design drive

先做一下广告 现在都是开始讲技术了

这个就是 Fast Current Loop

这个是我们一般的Servo

我们理解的一般的Servo系统

它需要一个 有一个Motion Control

Middle Motion Control发出指令

然后通过我们的这个Servo Drive

变频器啊或者什么也好

这个控制单元 这边是电机

然后这边是这个

电极的这个角度传感器

再加上负载传感器

这个都是系统配置的

有可能只有一边

那么这里面我们如何去实现

把一个指令真正转换成电机的实际动作呢

一般的话 控制环 速度环

电交环 其他发射器

都是标准动作

那这里面 我要实现一个高性能的

伺服系统

它有哪些要求呢

那这里面 我们就逐个

去看 就一般呢

我们知道 这种嵌套式的内环外环

多环路的 内环一定要比外环快

然后就是越往外越慢

越往里越快

这样 我发送的指令 你里面才能保证有足够的速度去跟踪

否则你整个系统就相当于失控了 不稳定了

那一般的工程经验啊 就是

位置环比电流环的带宽

是9到50倍

这个是一般 泛泛而指

所以 意思就是 它们两个一定要有非常大的带宽的差

我的控制性能才会好

那么整个系统如果我想做得非常高端 非常好

的相应速度的这个能力的话

它的这个短板在哪里 就是说我这个

位置环 我可以提呀

我可以几百赫兹 或者几K

我能不能提到100K啊

或者200K啊 可不可以啊

如果这个行啊 那么能提到什么程度呢

对不对 所以我们这样分析下来

整个系统如果无限制地往上提升的话呢

最终的极限点应该在电流管

因为电流管 你在这边提升 这边永远都要比它大

大9到50倍呢 所以

从整个MCU的运算能力

从整个系统稳定性的角度去考虑

最终让你不能再提升的极限点应该就是电流管的限制

所以这就是我们为什么花时间研究电流管

让电流管它的整个带宽

大幅提升

那么如果我们要提升电流管的带宽的话

还有一个限制 就是我们的开关频率

或者我们不叫它 我们叫做离散频率

有学过控制原理的知道 就是说

从连续域 自动控制原理就是把这个框图

或者它的传加数

变成离散化的时候

其他框图都不变

如果你的离散频率和你的带宽很接近的话

你的向矫率就会变得非常差

有可能在连续域 你是一个稳定的系统

那么离散以后你就不稳定了

原因就是你的离散频率

和你的带宽很接近

那我刚才说了 要提升整个系统性能

我就要尽量大带宽的电流环

那么尽量大带宽的电流环 那么如果这个带宽

往前扩大扩大

接近你的开关频率或者你的离散频率的时候

你的系统可能就不稳定了

因为你的带宽和离散频率太接近了

向矫率和幅度会受到非常严重的影响

这就是一个上加的限制

那可以啊 我这个离散频率影响我了

我可以再往上提嘛

一开始是10K 我可以提升到50K 100K

这个都可以 你软件上都可以提

但我100K的屏幕 那你知道你的Mouse啊

损耗啊 发热啊 这个

是非常严重的 所以在通常的实际应用中呢

我们不能无限往上提

所以这个是一样的 我们所有工程问题都是在权衡

就是这边太高了 那边下

那边太高了 那边下

要找到一个平衡点 两边可能都不是我最想要最极致的表现

但平衡了以后 都能满足我系统性能指标的要求

那所以 我们现在做的一个工作就是

尽量在不大幅提升PYI频率的情况下呢

能够把电流环的带宽能够提升

这是我们做的初衷

那么我们就是 从逻辑的角度

我们先不看具体环路的实现

我们就是从逻辑的角度去看我们怎么

去把这个电流环的带宽提高

那么我们知道整个环路为什么我们带宽

受限呢 其实

我们先讲这里

啊 我们在这里可以把那一页的内容涵盖了

这个是我们理解的电机控制的电流环的一个

这个控制框图 就是传电函数的一个

控制框图

其实我们看到其实这里都是连续域的 都是S的

那么整个框图呢 我们看起来很简单

就是PI环的一个控制 但是实际上呢

你要用这个做的话 你可以让它转

但是性能呢 肯定不好

为什么呢 因为它考虑的不全面

最主要的是 这个Delay它没有考虑进去

就是我们在用数字化的方式去实践的时候呢

采样 计算 再发PWM

这段时间对于这种低精度的控制系统

完全可以忽略 因为

你的最高的带宽可能在几百赫兹

终端频率可能在10K

5K 那就是远远大于 那么满足我们

这个从连续域到离散域的 我的离散频率

远远大于带宽 就是我不care 我不考虑

离散率对这个系统的影响

那么这个第一要求的这个系统

我们可以当做完全没有 就像刚才那个

上面的框图

去做 系统就可以 系统就可以转

可以跑得很好

但是如果我们把要求提高的话

那这个很多细节你就要考虑了

那我们这个着重强调的是

数字化时候的这个延迟

同时还有你整个采样环路

硬件调理环路 我的这个

运放 我的这个运放电路围绕在

电功率啊 这个电功率是什么带宽

那么你也要在这里面 把这个也考虑进去

就是严谨的这个系统

当然你可能考虑进去了以后 可能发现

其实对我们的这个带宽没有任何影响

因为这个硬件的滤波可能是我开关频率的10倍

或者100倍以上 所以

我们在整个带宽里面 我可以

但实际上 它是不影响的

所以为了简化我们研究的计算轨道

我们把它删掉 大家还是要严谨

还是要加上 因为它的接触

肯定不一样

就是加上以后 可能对你的带宽

对你的频率可能影响不大

但它对整个系统的接触会增加

OK 我们回到这个Delay上

我们从自动控制这个原理的角度上去看的话

有这个delay 和没这个delay其实对我系统的稳定性影响是非常非常大的

就是如果这个delay的时间也是

我们这个离散的频率

如果有关系 如果跟它相互一综合的话

我们的系统就会稳定或者不稳定

所以我们要仔细去研究这个delay

现在就是有一个结论 认为就是这个delay越长

那么我的系统不稳定 或者我的电流和带宽

就会越难往上提

这个 是我们可能大多数

配置我们的PWM或者中段

用的一种办法

在这里 我们去采样

然后呢 这段时间 我或者是计算

计算可能没有这么长时间 但我们知道

C2000它有一个

PWM更新的一个

模式 我们叫shadow模式

就是说 虽然我在下一个周期都算完了

但是我并不更新 我是在这个

零点 或者在下一个周期点

我再让新的PWM装载

这是我们很常用的一种方式

但这个问题相当于就是我从这一点开始

到这就是全部是Delay

就是我有一个叫compare的这个时间

这个delay 再加一个PWM Update的时间

大概有1.5倍的我的整个

采样周期的这个delay的时间

那这个呢 那就看吧

那系统要求高的时候 就1.5倍的时间

就可能让我的带宽推不上去了

那首先呢 我们要实现这个1微秒的电流环呢

第一个措施 我们有几个措施

我们一个一个来讲 第一个措施

就是我们不用shadow update的这个模式

我们用一个漂流模式 叫做immediate

直接update

那么我就是在这里采样

然后进行验算 从这到这

马上update 但这种update

会有几个问题

其实一个就是

我的PWM发波的这个范围的问题

大家有没有知道的啊

可以举手来回答一下

可以可以

哦 没人知道吗

没人知道 讲解就给我了

其实就是 如果我这个算测的时间如果是1%

那么我这个PWM最多只能发到99%

因为如果我想发100% 我在这就应该

告诉它是高定位

但我这段时间在算

我不能告诉他我要发百分之百

所以你这个计算时间越长

你要发波的duty的范围就越窄

这是一个问题

另外一个问题 就是我们刚才说的 越长 delay就越长

那这个就是一个稳定性的问题

反正这个呢

你虽然是不太好 但仍然会

起码比刚才那个delay要少得非常非常多

而且如果我们把它控制在2%

一般是在2%以内

我拧到这个98%的duty

其实对大多数应用来说其实是够了

我不一定要完全发到直通100%

那么这是我们的一个目标

这是我们的第一个手段

就是1%是最好的 越短越好

然后呢 这个就是

我们整个算出来以后

回到这个 就是

我们的目标就是我尽量减少

从我采样 计算到发送PWM

这中间的延迟的时间

我们知道这一系列动作

涉及到MCU的几个外设

AD CPU

因为我把AD的信息传递给CPU

我们内部的数据总线

然后我算完以后 再通过内部路线把它

发送到PWM

PWM 再动作把它变成电频

整个这一系列环路

都是我们MCU这个

实时控制的一个最高的考验

所以 我们如何能够把这个思路

真正能最快速度地实现呢

那就是C2000

就这个 那我们从这个

AD先来

Zero Wait State

这个slide 看到的最多的就是zero wait state

不要犹豫 马上抢购

信号来了 就是zero wait state

可以过来CPU

zero wait state 然后ram rom

那所有的这个都是我们的数据总线

整个芯片的结构设计

就是为了这个高速实时系统

去设计的

所以它的决策 整个MCU的决策

是非常简洁而迅速的

高效的这种决策机制

特别是有些高主频的MCU

它如果需要2级缓存啊

KH啊这些

它每一步都需要一个仲裁机制

所以这些都是要花时间的

所以我们整个这个回路

是非常简洁的一个模具

所以它能以最快速度把这个信号

传递到MCU

然后把每个部分该计算计算

然后我们的很多环节都是硬件实现的

比如我们的AD

我可以通过一个事件让AD开始工作

这个时候呢 我的主CPU是不用介入的

比如说 我通过我刚才的这个

PWM的周期的这个事件

只要我的PWM在跑道上跑 它就能启动AD

AD采完了之后 它会给我一个事件 让我记录

让我中断 我再去算

要算的这个控制环路

那AD启动到采样

当然是非常非常快

我们知道这个大概是 原来我们的PLM

大概是200多个 不到200个大秒

其实是非常快的 但对于高精度系统

当然要强调的是高精度系统

这个时间也要考虑到

但如果你要考虑的话 这个时间你可以去干别的事了

因为主CPU不用在那里等着了

很多这个东西 比如你说进度慢

看AD 等 等完了AD我在计算

那这个就相当于我浪费了

当同时呢 PWM也是一样

也要很多硬件的自动机制

你只要对它进行配置

它就会按照你的配置周期进行工作

真正需要主CPU去计算的时候

CPU就去接了

什么是FCL

FCL就是fast current loop

就是今天我们讲的这个

SOC Timing ADC PPB

这里这个PPB呢这个

我们仍用我们老一代的这个

C2000的 2812

和这个2407等等

那我们那个时候呢 就是

其实现在也是一样的 我们AD模块是需要这个

correlation的

它用到offset correlation

还有一个斜率的correlation

那我们知道老一代产品2812 2407

都需要我们工程师自己做的 而且你把这个telegram

的结果提高 set一个ratio

每一次采回来的AD值都要在代码里面写

把这两个传过去减回去

然后把你的AD矫正

现在我们这个叫ADCPPB呢

就是把这个过程用硬件实现了

所以在底层配置好了之后 每次你从AD

计算器读出来的结果

它就把(听不清)的部分做完了

硬件都做完了 就是已经把offset减去了

已经把ratio都乘过去了

这步已经做完了 所以你这个仍然是

不需要主CPU浪费时间去做这个的

这个是PPB

当然它还有温度的一些矫正

因为我们MCU内部有一个芯片温度的采集

要把这个温度采集信号

去做一个温度补偿

当然可能因为我们用不到这个

我们是有这个功能预留在那里的

然后是TMU

这个是非常强大的 也是我个人非常喜欢的单元

这个提升机动效率是非常明显的

同时我们的这个CLA

我们实现1微秒的电流环CLA

也是功不可没的 我们必须要用到CLA

就是很多部分其实是同时并行在计算

因为这两个是独立的核

他们都可以分别取访问我们的AD

我们的PWM

等等这些模块

所以他们是有自己完全独立的决策和这个

计算流程的 互不干扰

当然他们之间呢 也有我们所谓的

双重ram去高速的实施通讯

所以这个 我们实现这两个

1微秒的电流环的话 这两个是一个组合 一个CLA

和一个C28核 他们同时工作是很重要的一块

我们刚才讲了这个

第一个啊 就是这个是我们

C2000的这个

设计 整个这个模块的设计

包括外设的性能

同时再加上我们刚才这个

这个PWM update

来缩短这个延迟 但我们知道

虽然缩短了 但还是有延迟的

只要延迟在我的控制环路里面

它就会对我的传电函数 我的波特图的带宽

有一定的影响 那这里呢

我们又搞了一个secret格式

这个框一直都会是这个框啊

我也很期望它能把这个打开

我也不知道这里面是怎么实现的

但原理我们接受过组织培训啊

它就是用一个

其实我们自己用控制原理的思路去想

大概也会知道 其实是一个反向补偿

那我们大概知道这个延迟存在的话 我们可以从

控制原理的角度 可以对它进行补偿

同时呢 我们知道 尤其是对我们FOC这种

控制环路 那我们的这个

会有一个低客流的这个耦合

我会同时用这个compex controller

去把这个耦合也去掉

所以 它主要有两方面的工作

就是把这个低客流耦合

通过这个compex controller把它解决掉

同时会对延迟进行补偿

就是进一步减小我们这个

整个这个系统delay对这个

带宽的影响

所以我们最终

这是最终的一个测试图

这就是开始采样

到PWM更新

912个纳入点的话

每秒之内的

实测模型

对于这个 我们有一个比较

这912微秒

是我们不用complex controller的

就是我们传统的PI

那么用complex controller是940个纳入

那也就是比它稍微多一点

然后 fast current loop

就是这几个

特点吧 就是

主要就是我们刚才讲到的两点

第一是Immediate Update

还有一个就是complex controller

那我们最终是可以实现

这个刚才没讲到啊

就是可以实现3K的电流环带宽

是在10K的采样频率下

实现的3K的电流带宽

大家了解控制原理的话

其实知道这是不容易做到的

然后呢 我们很多伺服系统里面

会用到一个FPGA加一个转MCU的程式

我们这里也交流一下 如果用FPGA的话

它会有哪些 我们不叫问题吧

就是麻烦或者不容易处理的地方 第一个就是说

FPGA里面会有很多电频和电容

要提供多路电源

同时呢 它还没有内存

还要外挂AD

等等就是一系列的这些问题

就是还和主CPU进行高速通讯

增加了这个任务量啊

那这个选择就是

对于C2000这个

尤其是三级进阶这个

可以帮我们做到这个FPGA加

这个一个其他MCU方案

完全一个系统就可以搞定

同时呢 我们可以看到这里position manager

就是上一节有同事提到的这个

它就是一个绝对位置编码器的解码环节

那么我们这个三级进阶呢

跟大家讲 它就是有一个小单元叫

CLB 这在我们的数据手册上也有写

那这个CLB呢

大家可以理解为它是MCU内片

集成的一小块的这个

FPGA接口 它实际上是

FPGA功能集成在里面的

这些功能是偏内部的 能够去编一些内部的

软件库去损耗

CLB的功能

那我们现在有的这个就是position manager

那么它是节能 它是软件库的形式

有非常多的协议

你不用去换硬件

就是你芯片内部就可以

想要这个协议 就上这个代码

这个位置是这个协议

所以这里跟大家提一下

大家如果想了解详情的话 可以去官网看一下

G7D的position manager的这个

相关的内容。

然后我们现在FCL的这个呢

是以network的形式

去给大家提供

大家只要把这个network拿出来

配置一下 输入输出给进去

我们都能实现1微秒以下的

当然这个complex controller

也在里面

有点神秘啊

不知道什么时候才会open source

这个是我们的一些tools

还有一些资源 大家可以

我们有一个叫IDDK的

电源板 我们在这个板子上呢

配备了很多这个

供大家评估的办法 看个插槽啊

功率模块 大家可以直接

用我们的tool的软件

接到我们的control time上

这个板子上直接可以烤电机

评估电机的性能

这个是非常方便的 同时呢

我们的板子上还预留了你的公共安全的拓展

那电流采样

我们有下管电流采样

和Line采样

霍尔采样

还有德克斯马采样

就是你可以选到底用哪种 这几种都有

你只需要选其中一个就可以了

就可以控制系统

然后 我们有很多这个

就是design drive

就是我们刚才提到的design drive