利用完全可編程平臺實(shí)現高效的馬達控制

圖4和圖5即為對PWM和PFM的FFT(快速傅里葉變換)頻率分析的對比情況?？梢郧宄乜吹絇FM可以消除第三次諧波失真。

圖4：脈沖寬度調制方案產(chǎn)生的諧波。諧波會(huì )導致能量損耗和馬達振動(dòng)。

圖5：脈沖頻率調制方案中產(chǎn)生的諧波可分散到所有頻譜上?？床坏街C波尖峰。

實(shí)現方案

市場(chǎng)上已經(jīng)有用于三相馬達的磁場(chǎng)定向控制實(shí)現解決方案。除了實(shí)現復雜的算法，設計人員還應考慮該實(shí)現方案能否在馬達運行中在SVPWM、正弦PWM和FPM等不同調制方案間實(shí)時(shí)切換。其他需要考慮的方面有：

- 使用同一器件控制多軸

- 集成實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和更新

- 功能安全設計

要達到本文描述的性能，可以選用Zynq-7000 All Programmable SoC。Zynq-7000 All Programmable SoC完美集成了1GHz 雙核 Cortex A9處理器子系統和FPGA架構(如圖6所示)。SoC子系統內置SPI、I2C、UART、CAN、USB、GigE MAC等常見(jiàn)外設和接口，以及通用存儲器接口。高帶寬AMBA AXI互聯(lián)用于處理器子系統和FPGA之間的直接連接，以實(shí)現高速數據互聯(lián)。此外，Zynq器件采用靈活的IO標準，便于連接外部器件。

圖6：Zynq-7000 All Programmable SoC由嵌入式雙核Cortex A9處理器子系統(灰色)和可編程FPGA邏輯(黃色)組成，為馬達控制提供一款終極平臺，可在軟/硬件模塊間實(shí)現無(wú)縫互操作性。

Zynq-7000 AP SoC經(jīng)過(guò)精心設計，在單個(gè)芯片上即可提供一款最佳的馬達控制平臺。Cortex A9處理器可用于運行網(wǎng)絡(luò )軟件協(xié)議棧、操作系統以及用戶(hù)的應用代碼。它們均以軟件方式運行，可實(shí)現對器件的總體應用管理。對于FOC算法、調制實(shí)現方案和供工業(yè)網(wǎng)絡(luò )使用的定制MAC等關(guān)鍵性功能模塊，最好在FPGA架構中實(shí)現，以便發(fā)揮硬件加速和高速計算優(yōu)勢。由于嵌入式處理器和FPGA架構集成在單個(gè)器件中，可以靈活選用軟/硬件架構。

圖7：Zynq-7000上的馬達控制平臺架構樣例。網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧、軟件應用、RTOS由A9子系統負責執行。馬達控制算法、調制方案和定制MAC應布置在FPGA架構中，以獲取實(shí)時(shí)性能。