Ko'p o'qli vosita boshqaruvi
An'anaviy ravishda, vosita boshqaruvi uchun zarur bo'lgan murakkab algoritmlarni ishlatish uchun ishlab chiqarishda vosita boshqaruvi dasturlari mikrokontroller yoki DSPlardan foydalanadi. Ko'pgina an'anaviy sanoat drayvlarda FPGA-larni ma'lumotlar yig'ish va tezkor harakatlarni muhofaza qilish uchun mikrokontroller yoki DSP-lar ishlatiladi. . Ma'lumotlarni yig'ish, PWM ishlab chiqarish va himoya qilish mantiqiga qo'shimcha ravishda, FPGAs vosita boshqaruv algoritmlarini amalga oshirishda an'anaviy tarzda muhim rol o'ynamadi.
Dvigatelni nazorat qilish algoritmini mikrokontroller yoki DSP yordamida amalga oshirish usuli mustaqil tezlikda ishlaydigan bir nechta motorga osonlik bilan uzatilmaydi (ko'p eksa vosita boshqaruvi). Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGA bir qurilmadan foydalanib, ko'p o'qli dvigatel bilan integratsiyalashgan bo'lishi mumkin. boshqaruv
Nazoratni ikki qismga bo'lish mumkin. Bitta qismdan biri - maydon yo'naltirilganligini boshqarish (FOC) algoritmlarini, tezlikni nazorat qilishni, oqimni boshqarishni, tezlikni baholashni, manzilni baholashni va PWMni yaratish uchun ishlatiladi; boshqa qismda tezlik rejimlari, yuk xarakteristikalari, jarayonni nazorat qilish va muhofaza qilish (yoriqlar va signallar) mavjud. FOC algoritmini amalga oshirish vaqti juda muhim va juda past darajada stator indeksatsiyasiga ega yuqori tezlikda harakatlanadigan motorlar uchun (masalan, mikrosaniyali intervalda) juda yuqori namuna olish stavkalarida bajarilishi kerak. Bu FPGA-larda FOC algoritmlarini joriy etishni yanada qulayroq qiladi. Jarayonni boshqarish, tezlik rejimlari va boshqa himoyalanishlar tez yangilanishlarni talab qilmaydi, shuning uchun ular past misol kurslarida (millisekund oralig'ida) bajarilishi mumkin va o'rnatilgan Cortex-M3 quyi tizimida dasturlash mumkin.
Transistorlar almashinuv davri haydovchida muhim rol o'ynaydi. FOC tsikli ijro etish muddati o'tish davridan ancha qisqa bo'lsa, qo'shimcha modul ikkinchi vosita kuchlanishini hisoblash uchun qayta ishlatilishi mumkin. Bu shuni anglatadiki, qurilma bir xil narxlarda yuqori ish faoliyatini ta'minlay olishi mumkin.
(1) Dvigatel boshqaruvi IP-modul. Shakl 3 bu bo'limda muhokama qilingan va IP yadrosi sifatida taqdim etiladigan sensorsiz maydon yo'naltirilgan boshqaruv algoritmini aks ettiradi.
● PI tekshiruvi. Proportional-integral (PI) tekshiruvi tizim parametrlarini boshqarish uchun qayta aloqa mexanizmi. Nazorat qiluvchi dinamik javobni boshqaradigan ikkita sozlanishi daromad parametrlari - proportsional va integral daromad barqarorlari mavjud. PI tekshirgichining proportsional komponenti proportsional daromad turg'unligi va xato kiritishining natijasidir va integral komponent kümülatif xato va integral daromadning o'zgaruvchisidir. Ushbu ikki komponentlar birgalikda qo'shiladi. PI tekshirgichining integratsiya fazasi tizimdagi beqarorlikka olib kelishi mumkin, chunki ma'lumotlar qiymatlari nazorat qilinmaydi. Ma'lumotlarning bu nazoratsiz ko'tarilishi integral to'yinganlik deb ataladi va barcha PI tekshiruvi ilovalari nazorat qilish qurilmasining chiqishi cheklanganligiga ishonch hosil qilish uchun muzlatilgan muzlatish mexanizmini o'z ichiga oladi. Mikroseminin PI nazorat qiluvchi IP-moduli chayqalish uchun kutish-sathi algoritmdan foydalanadi. Ushbu modul, shuningdek, dastlabki chiqish qiymatini o'rnatish uchun qo'shimcha funktsiyalarni ham beradi.
• Field oriented control (FOC). FOC tork va magnitlanish oqimi tarkibiy qismlarini mustaqil aniqlash va nazorat qilish orqali mexanizmga optimal oqimni ta'minlaydigan algoritmdir. Doimiy magnit sinxronizatsiya mexanizmi (PMSM) da rotor magnitlangan. Shuning uchun, motora berilgan oqim faqat tork uchun ishlatiladi. FOC hisob-kitob intensiv algoritmdir, lekin Microsemi'ning vosita boshqaruvi mos yozuvlar dizayni qurilma resurslaridan maqbul foydalanish uchun qurilgan. FOC algoritmi Clarke, Park, teskari Clarke va teskari Park konvertatsiyasini o'z ichiga oladi.
● Burchakni baholash. FOC uchun bitta kirish rotor burchagi. Kam quvvat sarfini ta'minlash uchun rotorning burchagi aniq belgilanishi kerak. Joy va tezlikni belgilaydigan jismoniy sensorlar qo'shilishi tizimning qiymati va ishonchliligini oshiradi. Sensorsiz algoritmlar sensorlarni yo'qotishga yordam beradi, ammo hisoblash murakkabligini oshiradi. Microsemi ikkita burchakka hisoblash algoritmini taqdim etadi: sensorli boshqaruv uchun IP-modul - biri Luenberger kuzatuvchisi va ikkinchisi bevosita qayta EMF hisob-kitoblari asosida. Kompaniya shuningdek, Hall sensorlari va enkoderlari asosida alohida mos yozuvlar dizaynini taklif etadi.
● PLL. PLL signallarni sinxronizatsiya qilish uchun ishlatiladi va inverter va gridni sinxronlashtirishning burchakni baholash kabi ko'plab ilovalarda foydalidir.
● Tezlik cheklovi. Tezlik cheklovchisining moduli tizim o'zgaruvchilari yoki kirishiga to'g'ri o'zgarishlar kiritishi mumkin. Misol uchun, vosita boshqaruv tizimida, agar vosita tomonidan talab qilinadigan tezlik birdan o'zgargan bo'lsa, tizim barqarorlashishi mumkin. Bunday holatlarning oldini olish uchun tezlikni cheklovchi modul dastlabki tezlikdan istalgan tezlikka o'tish uchun ishlatiladi. Tezlikni cheklovchi modul o'zgarish tezligini boshqarish uchun sozlanishi mumkin.
● Space vektorli modulyatsiya. Kosmik vektor modulyatsiyasi moduli shahar avtobusini ishlatishni yaxshilaydi va tranzistor kalitlaridan qisqa pulslarni yo'q qiladi. Transistorni yoqish / o'chirish vaqti impuls davomiyligidan ancha uzoq bo'lgani uchun qisqa tutashuv noto'g'ri anahtarlama harakatlariga olib kelishi mumkin.
● Uch fazli PWM avlodi. Barcha hisoblar oxirida uch fazali vosita kuchlanishi mavjud. Ushbu kuchlanishlar inverter ichidagi tranzistorlarning kommutatsiya signallarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. PWM moduli o'lik vaqt va kechikish vaqtini kiritish kabi rivojlangan xususiyatlarga ega bo'lgan oltita (uchta yuqori va uchta past tomonli) tranzistorlar uchun uzatish signallarini ishlab chiqaradi. Programlanabilir o'lik zarf qilish xususiyati, inverter pinlerinde favqulodda qisqa tutashuvi oldini olishda yordam beradi. Programlanabilir kechikish vaqtini kiritish xususiyati ADC o'lchovlari PWM signal ishlab chiqarish bilan sinxronlash imkonini beradi. Modul faqat N-MOSFETs yoki N-MOSFETs va P-MOSFET'lardan tashkil topgan invertordan iborat inverter bilan ishlashga mo'ljallangan.
(2) SoCda FPGA dizaynini disk raskadrovka. Umuman olganda, mikrokontrollagi dizayni nosozliklarni tuzatish FPGAda disk raskadrovka qilishdan ko'ra oddiyroq. SoC-larda siz microcontrollers-da tezroq disk raskadrovka afzalliklarini saqlab, FPGA-larning yuqori ko'rsatkichlaridan foydalanishingiz mumkin. Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGAdagi mikroprosessori quyi tizimi va FPGA arxitekturasi AMBAAPB yoki AXI avtobuslari orqali bir-biri bilan muloqot qilishlari mumkin. Bu ma'lumotlar FPGA matoiga yoki FPGA matoidan disk raskadrovka ma'lumotlariga Alyonkaga etkazilishiga imkon beradi, bu esa ichki ma'lumotni ish vaqtida va haqiqiy vaqtda disk raskadrovka jarayonida ko'rishga yordam beradi. Firmware kodi bir qadamda ishlasa bo'ladi va FPGA reestr ma'lumotlarini tahlil qilish uchun tanaffus nuqtalarini kodga qo'yish mumkin.
SmartFusion2 SoCFPGA asosida ishlaydigan ko'p eksa vosita boshqaruvi yechimi USB orqali host kompyuterga ulangan va vositani ishga tushirish / to'xtatish, vosita tezligi qiymatlarini va boshqa tizim parametrlarini o'rnatish uchun grafik foydalanuvchi interfeysi (GUI) bilan bog'lanadi va to'rt Dvigatel tezligi, vosita oqimi va rotor burchagi kabi tizim o'zgaruvchilari (4-rasm).
(3) Ekotizim. Microsemi oldindan muhokama qilingan bir qancha vosita boshqaruv funktsiyasini o'z ichiga olgan boy kutubxona to'plamini taklif qiladi. Ushbu modullarni osongina sozlash mumkin va Microsemi qurilmalaridan foydalanish mumkin. Ushbu modullar LiberoSoC dasturining SmartDesign vositasi yordamida grafik ravishda konfiguratsiya qilinadi va ulanishi mumkin. Ushbu IP bloklari yordamida dizaynerlar FPGA da vosita boshqaruv algoritmlarini amalga oshirish uchun zarur bo'lgan vaqtni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.
Ushbu IP-modullarda 30 000 r / min va 200 kHz kommutatsiya frekansında ishlaydigan motorlarda sinov qilingan.
Sanoat aloqa protokoli
Sanoat tarmoqlarida rivojlanish tendentsiyasi tezkor tarmoq aloqasidan foydalangan holda nuqta-tovushli aloqalarni o'zgartirishdan iborat. Bunday yuqori tezlikda aloqa xizmatlariga erishish, yuqori tezlikli tarmoqli kengligi uchun qo'llab-quvvatlashni talab qiladi, bu bir vaqtning o'zida vosita boshqaruv algoritmlarini qayta ishlashga imkon beruvchi mikrokontroller yoki DSPlar uchun oson emas. Ko'pgina hollarda, har bir vosita tekshiruvi bilan aloqa qilish uchun qo'shimcha mikrokontroller yoki FPGA ishlatiladi. Ethernetga asoslangan protokollar keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan PROFINET, EtherNet / IP va EtherCAT standartlari bo'lib, ular hali ham rivojlanmoqda. Boshqa protokollarga JON va Modbus kiradi. SoCs dan foydalanishning afzalligi bitta FPGA platformasida bir nechta sanoat chekilgan protokoli standartlarini qo'llab-quvvatlashdir.
Tizimning yakuniy maqsadlariga qarab, tizimning qiymati IP va protokol stack (aloqa uchun) qayta ishlatish yoki apparatdagi (FPGA) va dasturiy ta'minotni (ARMCortex-M3 quyi tizimi) ehtiyotkorlik bilan ajratish orqali optimallashtirilishi mumkin.
Microsemi ning SmartFusion2 FPGA-larida mikrokontrolner quyi tizimining bir qismi sifatida JON, yuqori tezlikda USB va Gigabit Ethernet modullari mavjud. SERDESning yuqori tezlikli moduli ketma-ket ma'lumotlar uzatishni o'z ichiga olgan protokollarni amalga oshirish uchun ishlatiladi.
xavfsizlik
SmartFusion2 SoCFPGA qurilmasi bir nechta dizayn va ma'lumotlar xavfsizligi xususiyatlariga ega. DPA sertifikatlashtiruvchi qarshi himoya va shifrlash xususiyatlari kabi dizayn xavfsizlik xususiyatlari mijozlarning intellektual mulkini himoya qilishga yordam beradi. SoCFPGA qurilmalari shuningdek, ECC apparat tezlatkichlari, AES-128/256 va SHA-256 xizmatlari kabi ma'lumotlarni xavfsizligi xususiyatlarini o'z ichiga oladi. Ma'lumot xavfsizligi uchun EnforcITIPSuite va CodeSEAL dasturiy ta'minotining xavfsizlik qismlari ishlatilishi mumkin. EnforcITIP xavfsizlik qatlamini apparatni samarali ravishda harakatga keltiradigan maxsuslashtirilgan yadro (netlist sifatida) o'z ichiga oladi. CodeSEAL dasturiy ta'minotga qarshi choralarni qo'llaydi, mustaqil ravishda ishlatilishi mumkin yoki Ta'minot uchun qo'shimcha vosita sifatida ishlatiladi.
Protokollarni amalga oshirishning moslashuvchanligi dizaynerlarga markaziy monitorni tekshirgichdan kelgan ma'lumotlarni tasdiqlash uchun xavfsizlikning ko'p qatlamlaridan foydalanishga imkon beradi.
ishonchliligi
Ko'plab bozorlarda xavfsizlik standartlarining o'sishi yuqori ishonchga bo'lgan talabni oshiradi. SmartFusion2 yuqori darajadagi mavjudlik, xavfsizlikni ta'minlash va tanqidiy muhim tizimlarning ehtiyojlarini qondirish uchun mo'ljallangan. SmartFusion2 SoCFPGA tomonidan taqdim etilgan ishonchlilik xususiyatlaridan ba'zilari quyida keltirilgan.
(1) Bir marotabalik xafagarchilik (SEU) immunitetiga mos bo'lmagan FIT darajasi konfiguratsiyasi. Yuqori ishonchlilik bilan ishlash uchun SEU immunitetiga mos FITning FPGA konfiguratsiyasi talab etiladi, SmartFusion2 arxitekturasi alfa yoki neytron radiatsiyasidan immunitetga ega, chunki u matritsa va mantiqiy bloklarni ishlatishda tranzistorlarni sozlash uchun flesh xotiradan foydalanadi. SRAM-ga asoslangan FPGAs dengiz sathidan 1k dan 4k gacha dengiz sathidan FIT (vaqtni yo'qotish) tezligiga ega bo'lishi mumkin, bu dengiz sathidan 5000 fut balandlikda ancha yuqori. Yuqori darajadagi ishonchlilik dasturlari SmartFusion 2 ni ushbu ilovalar uchun ideal qilib, FIT stavkalarini 20 dan pastda qabul qilishi mumkin.
(2) EDAC himoyasi. SmartFusion2 qurilmalar mikrokontroler quyi tizimida (MSS) xotirada bitta voqeani qayta ishlash xatosini bartaraf etishga imkon beradigan xatolarni aniqlash va tuzatish (EDAC) tekshirgichiga ega.
(3) tashqi konfiguratsiya qurilmasi yo'q. Ko'p sonli FPGAsga ega bo'lgan murakkab tizimlarda, tashqi sozlangan qurilmalardan foydalanish ishonchliligi pasaytiradi. Power-up paytida, FPGAs bir nechta FPGA qurilmalarini ishlatadigan ilovalarda dizayn murakkabligini taqdim etadigan sozlash uchun vaqt talab etadi. SmartFusion2 SoC FPGA qurilmadagi qurilma xotirasini o'z ichiga oladi, bu qurilma yoqilganda uni yoqishning qo'shimcha samarasini beradi.
(4) harbiy harorat sinf qurilmalari. SmartFusion2 SoCFPGA qurilma harbiy harorat sharoitlari uchun to'liq sinovdan o'tkazildi. Harbiy darajadagi qurilmalarda xavfsizlik xususiyatlari va ma'lumotlar xavfsizligi xususiyatlariga ega 10k va 150k mantiqiy birliklar mavjud bo'lib, ular kriptografik tezlatgichlarga kirish imkonini beradi.
xulosa qilmoq
Microsemitech SmartFusion2 SoCFPGA bir nechta yuqori darajali optimallashtirilgan vosita boshqaruvi IP-bloklarini va sanoat namunalarini kamaytiradigan bir nechta xususiyatlarni taqdim etish uchun tasdiqlangan namunaviy dizaynlardan foydalanadi. Mikro boshqaruvchidan ko'chib o'tadigan mijozlar eski kodni qayta ishlatish imkoniyatiga ega bo'ladi va FPGA dizaynerlari FPGA matoni va ARMCortex-M3 quyi tizimidan foydalanib, vosita boshqaruv moduli va aloqa modulining bir vaqtning o'zida yashashiga imkon beruvchi samarali arxitektura yaratish imkoniyatiga ega bo'ladi yagona qurilma ichida. ARM Cortex-M3 mikrokontroleri quyi tizimining mavjudligi moslashuvchan dizayn va aqlli bo'linishni ishlash va xarajat uchun optimallashtiradi. Mikrokreditlagich quyi tizimi ham FPGA dizaynini tezda diskretlash uchun ma'lumotlarni quyish va ma'lumotlarni yozib oladi. SmartFusion2 platformasi sanoat aloqa protokollarini amalga oshirish uchun keng imkoniyatlar qatoriga ega. Bundan tashqari, dizayn va ma'lumotlar xavfsizligi uchun juda ko'p xavfsizlik xususiyatlari hamda yuqori ishonchlilik talablariga javob beruvchi xususiyatlar ham mavjud. SmartFusion2 qurilmalari oilasi iste'molchilarga minimal TCO bilan sanoat echimlarini ishlab chiqishda yordam berish uchun kuchli ekotizim yordami bilan qo'llab-quvvatlanadi.
