本文描述了圍繞基于ARM的嵌入式電機(jī)控制處理器構(gòu)建的基于模型設(shè)計(jì)(MBD)平臺(tái)的詳細(xì)情況。 隨后，本文提供最初部署的基本永磁同步電機(jī)(PMSM)控制算法示例，并介紹了方便的功能擴(kuò)展，以包含自動(dòng)化系統(tǒng)的多軸位置控制。

長(zhǎng)期以來(lái)，系統(tǒng)和電路建模一直是電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要方面。 采用MBD方法后，電氣、機(jī)械和系統(tǒng)級(jí)模型用于在構(gòu)建和測(cè)試物理硬件前評(píng)估設(shè)計(jì)概念。 MathWorks最新的仿真工具可以對(duì)完整的嵌入式控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括電氣電路和機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域。 同時(shí)，嵌入式編碼工具從控制系統(tǒng)模型生成C語(yǔ)言代碼，將控制算法部署在嵌入式控制平臺(tái)上。

這些工具實(shí)現(xiàn)了基于模型的設(shè)計(jì)過(guò)程，人們可以在最終硬件測(cè)試前先在仿真平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)并完全測(cè)試。 成功構(gòu)建MBD平臺(tái)的關(guān)鍵是分隔系統(tǒng)模型和嵌入式軟件代碼。 一旦MBD平臺(tái)使用已知算法和系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試后，便可開(kāi)發(fā)新算法，并在仿真平臺(tái)上以系統(tǒng)工作極限安全地測(cè)試。

完整的設(shè)計(jì)流程

MBD經(jīng)過(guò)數(shù)十年的探討，直到最近幾年才發(fā)展為從模型創(chuàng)建到完整實(shí)現(xiàn)的完整設(shè)計(jì)流程。 MBD是解決設(shè)計(jì)復(fù)雜嵌入式控制系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的數(shù)學(xué)和可視化方法。

設(shè)計(jì)師無(wú)需使用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和大量軟件代碼，通過(guò)連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間構(gòu)建模塊，就可以使用MBD定義具有高級(jí)功能特性的各種模型。 這些與仿真工具一同使用的模型能夠縮短原型設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試和硬件在環(huán)(HIL)仿真的時(shí)間。

通過(guò)仿真，我們能夠立即發(fā)現(xiàn)各種規(guī)范差異和模型誤差，不會(huì)等到設(shè)計(jì)周期的后續(xù)環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)。 為了優(yōu)化整體代碼生成過(guò)程，可以加入自動(dòng)代碼生成來(lái)減少任何手動(dòng)部署步驟，并進(jìn)一步有助于縮短整體產(chǎn)品上市時(shí)間。 總而言之，MBD方法使設(shè)計(jì)師能夠從更多經(jīng)典設(shè)計(jì)方案開(kāi)始擴(kuò)展，以可控方式直接從模型創(chuàng)建轉(zhuǎn)到仿真、代碼生成和HIL測(cè)試，無(wú)需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)就可對(duì)系統(tǒng)行為作出遞增改變。

本文中的實(shí)驗(yàn)性設(shè)置基于交流饋入閉合電機(jī)控制系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)表示一個(gè)功能完整的PMSM市電輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有功率因數(shù)校正、完全控制、通信信號(hào)隔離和光學(xué)編碼器反饋功能。 該系統(tǒng)的核心是一個(gè)ARM Cortex?-M4混合信號(hào)控制處理器，即ADI的ADSP-CM408。 它通過(guò)搭配IAR和MathWorks公司的工具，實(shí)現(xiàn)完整的MBD平臺(tái)部署。

交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模

目標(biāo)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是帶有編碼器位置反饋的PMSM，連接三相交流電源逆變器，帶有隔離式相位電流反饋。 驅(qū)動(dòng)控制算法部署在混合信號(hào)專(zhuān)用信號(hào)處理器(ASSP)，包含外設(shè)，可捕獲電機(jī)反饋信號(hào)并控制