基于匯聚式處理器BF50x輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制

　　從電梯、家電到機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，電機(jī)幾乎無處不在。而作為高能耗設(shè)備，數(shù)量巨大的電機(jī)的電能消耗占全球電能消耗量的比例極高，在美國(guó)估計(jì)50%的電能由電機(jī)消耗。由于許多電機(jī)的效率低下，如此巨大的能耗中很大部分被浪費(fèi)掉。例如，小型交流電機(jī)的效率低至 50%。

　　電機(jī)的低能效對(duì)于工廠等應(yīng)用環(huán)境來說是禍不單行——既消耗電能還產(chǎn)生了影響設(shè)備性能的熱量。解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是增加智能負(fù)載匹配和可變速控制，這種解決辦法可以將能效提高14%~30%。如果這種解決方案得到廣泛的采用，僅美國(guó)可以節(jié)省15%的總電能，相當(dāng)于減少3000億千瓦時(shí)的能耗，節(jié)約近150億美元的用電成本，每年減少溫室氣體排放量達(dá)1.8億噸。

　　低碳經(jīng)濟(jì)的壓力讓先進(jìn)的電機(jī)控制方案日益得到重視，越來越多的電機(jī)開始采用先進(jìn)的控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用的最佳性能，并盡可能降低功耗。此外，消費(fèi)者與相關(guān)政府法規(guī)也對(duì)電機(jī)的節(jié)能、低噪聲和安全特性提出更加嚴(yán)格的要求，而基于DSP的電機(jī)控制應(yīng)用由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)正迅速獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

　　DSP成為高性能電機(jī)控制的首選方案

　　電機(jī)控制用IC可以分為三大類，即電機(jī)控制專用芯片、針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用的MCU和DSP。

　　隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保理念的深入關(guān)切，低能耗產(chǎn)品設(shè)計(jì)面臨越來越苛刻的需求。同樣，近年來電機(jī)控制系統(tǒng)方案也面臨越來越高的要求，一方面用于無傳感器矢量控制的復(fù)雜算法和高級(jí)建模需要出色的處理能力，另一方面需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的綜合優(yōu)勢(shì)。隨著全球市場(chǎng)對(duì)節(jié)能和產(chǎn)品性能需求的提高，以及價(jià)格的持續(xù)走低，DSP的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其在電機(jī)控制市場(chǎng)獲得越來越廣泛的認(rèn)可，由高端工業(yè)電機(jī)控制領(lǐng)域向更廣泛的電機(jī)控制市場(chǎng)擴(kuò)張。

　　高性能電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常包括核心伺服功能、運(yùn)動(dòng)描述和主機(jī)通信功能。在過去諸多MCU或?qū)Ｓ眯酒鉀Q方案中，由于處理器有限的處理能力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)控制算法進(jìn)行一定的折中以釋放出足夠的性能余量來實(shí)現(xiàn)其他功能，或者采用雙處理器方案。隨著DSP價(jià)格的快速下調(diào)，MCU與DSP的成本差異縮小，而DSP解決方案在減少器件數(shù)量和電路尺寸、降低整體BOM成本，以及提高系統(tǒng)性能等方面具有更多的優(yōu)勢(shì)。

　　嵌入式DSP電機(jī)控制芯片把DSP內(nèi)核與一系列功能強(qiáng)大的控制外設(shè)集成到一個(gè)芯片上，從而以高速DSP內(nèi)核作為計(jì)算引擎，加上內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊提高了電機(jī)控制帶寬，并且允許低成本實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的控制和無傳感器的算法，可以控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。這些計(jì)算能力和優(yōu)化的外設(shè)使得DSP可以輕松地完成更多的功能，如功率因數(shù)校正。在不增加控制器成本的情況下，滿足某些特殊應(yīng)用的要求，如洗衣機(jī)的平衡控制。高運(yùn)算能力還讓工程師可以采用計(jì)算強(qiáng)度更高的算法，從而采用更高效的電機(jī)，更進(jìn)一步提高效率與動(dòng)態(tài)性能。

　　BF50x簡(jiǎn)化電機(jī)控制設(shè)計(jì)

　　Blackfin BF50x處理器的推出正是順應(yīng)了當(dāng)前電機(jī)控制市場(chǎng)對(duì)處理器的特性和性能要求，提供了多種特性組合的優(yōu)化解決方案選擇，將進(jìn)一步強(qiáng)化DSP在電機(jī)控制市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)地位。BF50x繼續(xù)秉承了Blackfin處理器獨(dú)有的先進(jìn)的信號(hào)處理功能與通用微控制器的易用性，以業(yè)界主頻為150-200MHz的處理器價(jià)格提供了400MHz的處理性能，實(shí)現(xiàn)了突破性的性能和功效。BF50x很好地滿足了電機(jī)控制應(yīng)用的信號(hào)處理和控制雙重功能需求，因而可以消除很多應(yīng)用中必須采用兩種異構(gòu)處理器的煩惱，從而簡(jiǎn)化軟件和硬件設(shè)計(jì)。利用BF50x處理器的高處理能力，設(shè)計(jì)工程師可以通過利用復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的系統(tǒng)功能和精度，包括更多數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、縮短延時(shí)，并實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)計(jì)靈活性以及系統(tǒng)界面和控制功能的優(yōu)化。

　　1. 領(lǐng)先的硬件平臺(tái)

　　Blackfin BF50x處理器的卓越性能使電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以執(zhí)行更復(fù)雜的算法，確保能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制以適應(yīng)系統(tǒng)行為的實(shí)時(shí)變化，從而獲得更平穩(wěn)的性能并降低功耗。通過采用無傳感的矢量控制可以實(shí)現(xiàn)更高的電機(jī)控制效率，利用先進(jìn)建模技術(shù)來準(zhǔn)確地確定電機(jī)位置和/或者速度，設(shè)計(jì)工程師可以省略掉位置/速度傳感器，從而進(jìn)一步降低成本并提高系統(tǒng)可靠性。

　　BF50x實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的電機(jī)控制應(yīng)用的外設(shè)集成，用戶可以在該系列產(chǎn)品中為其目標(biāo)應(yīng)用選擇最具成本、性能、集成度和功效的綜合優(yōu)勢(shì)方案：可選的內(nèi)置雙SAR型 12位ADC(BF506F)可以實(shí)現(xiàn)更精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，提供了對(duì)電機(jī)狀態(tài)準(zhǔn)確建模所需要的精度，因此可以更準(zhǔn)確地估計(jì)電機(jī)的位置/速度;片上4MB可執(zhí)行并行閃存存儲(chǔ)器可以用于程序存儲(chǔ)，省掉片外存儲(chǔ)器，從而降低系統(tǒng)BOM成本，并提高可靠性;像可去除存儲(chǔ)接口這樣的標(biāo)準(zhǔn)特性以及CAN控制器提供了電機(jī)控制應(yīng)用中的通信接口和存儲(chǔ)支持特性……更詳細(xì)的產(chǎn)品特性描述請(qǐng)參見BF50x數(shù)據(jù)手冊(cè)。