工业电子中的利用运动控制IC简化设计并实现高性能

伺服控制系统设计最关键的部分是控制算法的开发，它影响到系统的最终控制性能。控制算法中包括对各种器件接口的传感信号，而且往往这些信号和电力电子电路以及器件密切耦合，而位置信号、速度信号以及电流信号都是实现反馈控制的关键变量。在传统实现中，所有控制单元都通过在运动控制芯片DSP或者MCU中的软件代码实现。在DSP及MCU的时时控制环境中，电流环控制通过高优先权任务队列实现，需要精通时时控制方面的知识。在电机的控制中，任务进程的执行往往由专门的硬件事件/中断驱动，需要连续的指令代码来时时精确控制硬件的执行。而且对于应用在伺服以及无传感器的磁场定向控制(FOC)中，软件通常用汇编语言，以满足快速的计算 工业电子领域的伺服控制系统设计是确保高性能的关键环节，其核心在于控制算法的开发。控制算法涉及对传感器信号的处理，这些信号与电力电子设备紧密耦合，主要包括位置、速度和电流信号，它们是实现反馈控制的重要变量。传统的实现方法依赖于数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）中的软件代码，电流环控制通过高优先级任务队列实施，需要对实时控制有深入理解。 电机控制通常由硬件事件/中断驱动，确保连续指令的精确执行。在伺服和无传感器磁场定向控制（FOC）中，由于对计算速度和更新率有极高要求，软件通常采用汇编语言编写。为解决计算延迟问题，可能会使用特定的代码技术，如移位指令来加速乘除运算。 在系统开发过程中，软件源代码的模块化、编译和链接是一个迭代过程，一旦出现错误，需要在源代码级别进行修改。因此，开发高性能伺服系统或无传感器交流驱动系统具有很高的挑战性。 为了解决这些问题，运动控制引擎（MCE）应运而生。例如，Infineon（IR）推出的IRMCK201和IRMCK203数字运动控制芯片，专为伺服驱动和无传感器控制设计。这些芯片集成了外围功能，如PWM、编码计数器、电流传感接口，还包括硬件实现的FOC和速度控制算法，即MCE，允许并行多环控制，无需复杂的多任务调度。 IRMCK201针对伺服驱动，而IRMCK203则适用于永磁交流电机的无传感器控制。它们的内部结构允许通过硬件逻辑配置实现不同控制算法，如矢量控制感应电机，通过改变寄存器状态即可启用或禁用特定功能，简化了系统配置。此外，IRMCK201和IRMCK203的计算速度快，能够实现实时闭环控制，提高扭矩和速度的动态响应，如在40kHz PWM更新率下运行，打破了传统DSP和MCU在高速应用中的限制。 无传感器闭环电流控制，如在家庭空调压缩电机的应用中，利用IRMCK203可以显著缩短计算时间，提升系统性能。通过集成的MCE，这些运动控制IC极大地简化了设计流程，降低了对专业实时控制知识的需求，并且提高了系统的整体性能和响应速度。