伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的部分是控制算法的開發(fā)，它影響到系統(tǒng)的最終控制性能�？刂扑惴ㄖ邪▽�(duì)各種器件接口的傳感信號(hào)，而且往往這些信號(hào)和電力電子電路以及器件密切耦合，而位置信號(hào)、速度信號(hào)以及電流信號(hào)都是實(shí)現(xiàn)反饋控制的關(guān)鍵變量。
在傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，所有控制單元都通過在運(yùn)動(dòng)控制芯片dsp或者mcu中的軟件代碼實(shí)現(xiàn)。在dsp及mcu的時(shí)時(shí)控制環(huán)境中，電流環(huán)控制通過高優(yōu)先權(quán)任務(wù)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，需要精通時(shí)時(shí)控制方面的知識(shí)。在電機(jī)的控制中，任務(wù)進(jìn)程的執(zhí)行往往由專門的硬件事件/中斷驅(qū)動(dòng)，需要連續(xù)的指令代碼來時(shí)時(shí)精確控制硬件的執(zhí)行。而且對(duì)于應(yīng)用在伺服以及無傳感器的磁場(chǎng)定向控制(foc)中，軟件通常用匯編語(yǔ)言，以滿足快速的計(jì)算和更新率等高動(dòng)態(tài)性能增長(zhǎng)的需要。有時(shí)需要采用專門的代碼技術(shù)以克服傳統(tǒng)的計(jì)算滯后問題，如采用shift指令快速實(shí)現(xiàn)乘/除功能以完成快速的計(jì)算。軟件中模塊化的源代碼被編譯和連接在一起，最后得到一個(gè)較大的可執(zhí)行目標(biāo)代碼，包含閉環(huán)控制、用戶接口時(shí)序以及網(wǎng)絡(luò)通訊等。如果存在錯(cuò)誤，必須在源代碼中進(jìn)行重新編譯和連接并產(chǎn)生修改后的可執(zhí)行源代碼，為了達(dá)到最終的產(chǎn)品階段這個(gè)過程往往需要重復(fù)很多次。
因此，開發(fā)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的伺服系統(tǒng)或者無傳感器的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，快速的運(yùn)動(dòng)控制算法是一項(xiàng)最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

運(yùn)動(dòng)控制引擎(mce)
為了實(shí)現(xiàn)高性能的伺服應(yīng)用和無傳感器控制應(yīng)用，ir最近開發(fā)了新型的——irmck201 和irmck203數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制芯片。其中irmck201采用100引腳的qfp封裝，irmck203采用80引腳的qfp封裝，而且僅需外部提供33mhz的晶振。irmck201 主要針對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有快速的高性能伺服驅(qū)動(dòng)能力，而 irmck203主要針對(duì)于永磁交流電機(jī)的正弦無傳感器的高性能控制，電機(jī)控制參數(shù)的調(diào)整都是通過硬件實(shí)現(xiàn)。irmck201和傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制用dsp芯片不同的是，它不僅包含運(yùn)動(dòng)控制的外圍功能(如pwm、編碼計(jì)數(shù)電路、電流傳感接口等)，而且也包含通過硬件實(shí)現(xiàn)的foc算法和速度控制算法，即運(yùn)動(dòng)控制引擎。
mce通過控制單元(如比例積分、矢量旋轉(zhuǎn)、clark變換等)來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)型的外圍硬件控制(如空間矢量pwm、電機(jī)電流反饋接口、解碼器反饋)，使能并行多環(huán)控制的時(shí)序控制邏輯。閉環(huán)速度控制和閉環(huán)電流控制的同步執(zhí)行機(jī)制都包含在邏輯硬件中，因而不需要多任務(wù)控制功能。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)
irmck201通過硬件邏輯實(shí)現(xiàn)伺服控制功能，因而為了實(shí)現(xiàn)不同的控制算法，芯片的接口可以零活配置，如圖1所示。以矢量控制的感應(yīng)電機(jī)為例，在內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)中有一個(gè)矢量角產(chǎn)生的前反饋滑模增益路徑，所以可以通過關(guān)閉相關(guān)的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這種類型的控制功能。pc僅需通過寫入“1”或者“0”到相關(guān)的寄存器中，以關(guān)閉開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)控制的使能。irmck201也支持其它的結(jié)構(gòu)，如除ir2175外的所有電流傳感器接口芯片、電流控制中的前反饋增益路徑使能/非使能、閉環(huán)速度控制的使能和非使能以及速度命令的選擇源。
由于irmck201不需要任何的編程和譯碼，所以根本不需要任何pc接口就可以容易地轉(zhuǎn)化為一個(gè)固定功能的硬件邏輯ic。為了滿足新的電機(jī)控制參數(shù)及其微調(diào)，它的硬件配置過程非常簡(jiǎn)單。
計(jì)算速度和動(dòng)態(tài)性能
運(yùn)動(dòng)控制引擎的一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)就是在確定的時(shí)間里可以完成閉環(huán)控制算法所需要的短時(shí)計(jì)算。計(jì)算速度直接影響到伺服系統(tǒng)扭矩和速度的動(dòng)態(tài)性能，閉環(huán)電流控制的更新率越快扭矩控制的帶寬就越大，從而影響到系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械的周期時(shí)間。
盡管dsp和mcu的伺服驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用靈活，但在寬帶應(yīng)用中由于需要一步一步的執(zhí)行龐大的指令而產(chǎn)生瓶頸，它仍然不是完全意義上的伺服驅(qū)動(dòng)控制。利用有運(yùn)動(dòng)控制引擎的irmck201，系統(tǒng)可以突破了這個(gè)障礙，它能以40khz的pwm更新率或者較大頻率更新率運(yùn)行。
當(dāng)使用irmck203來實(shí)現(xiàn)無傳感器的閉環(huán)電流控制時(shí)，其計(jì)算時(shí)間可以大大縮短，例如家庭空調(diào)系統(tǒng)中壓縮電機(jī)的無傳感控制。而在最新的家庭空調(diào)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用32位的高性能risc微處理器，其計(jì)算能力達(dá)到50 mips，為了對(duì)無傳感器的的速度控制進(jìn)行計(jì)算，所需要的時(shí)間大約為60ms。由于空調(diào)系統(tǒng)需要有無傳感算法的電機(jī)控制、風(fēng)扇電機(jī)控制以及pfc控制，而為了滿足微控制器系統(tǒng)緊湊的電源要求，這就需要縮短算法的計(jì)算時(shí)間。當(dāng)使用irmck203時(shí)，其計(jì)算時(shí)間可以縮短到11ms，從而增加了pwm載波頻率的更新率。對(duì)于pwm載波頻率達(dá)到或者超過40khz的應(yīng)用來說，使用irmck203的永磁電機(jī)可以獲得很多好處，如高速錠子以及齒狀鉆孔機(jī)應(yīng)用。
低損失和低emi的空間矢量pwm
由于irmck203使用低損失和低emi的空間矢量pwm來開關(guān)igbt功率器件，與傳統(tǒng)的三相pwm相比，它可以降低20％甚至更多的功耗損失和emi 噪音。圖2是典型的電壓開關(guān)波形和電機(jī)電流波形圖。

應(yīng)用及開發(fā)工具
把irmck201設(shè)計(jì)到實(shí)時(shí)的壽命電路中是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，但是為了實(shí)現(xiàn)完全意義上的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，ir公司充分考慮到從樣品到產(chǎn)品發(fā)布的設(shè)計(jì)要求。功率電子電路的設(shè)計(jì)、模