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

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