Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 8 декабря
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика

Итоги Форума и премии «Живая электроника России - 2016»


Интервью, презентации

Ранее

Вентильно-индукторные двигатели в «зеленых» системах

Электронная промышленность продолжает переход от неэффективных асинхронных двигателей к вентильно-индукторным двигателям (ВИД) с высокой энергоэффективностью и улучшенными массогабаритными показателями — параметрами, которые отвечают нуждам современной электроники. В статье рассматриваются преимущества таких двигателей и вопросы их практического применения.

Станция автономного электроснабжения

Проектирование асинхронных тяговых электродвигателей и синтез векторного управления тяговыми приводами

В статье рассматриваются методы оптимизации асинхронных электродвигателей. Синтез векторного управления включает идентификацию параметров электродвигателей, оптимизацию статического режима работы. Приводятся технические данные тягового оборудования гибридного автобуса и трактора с электромеханической трансмиссией, созданных в корпорации «Русэлпром».

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

3 декабря

Программируемые ИС смешанного сигнала для управления приводом

В статье рассматриваются преимущества однокристального решения на базе новой технологии SmartFusion компании Actel, которое предназначено для использования в промышленном оборудовании.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
32
Э
лек
тр
оприв
о
ды
www.elcomdesign.ru
В статье рассматриваются преимущества однокристального решения
на базе новой технологии SmartFusion компании Actel, которое предна-
значено для использования в промышленном оборудовании.
программируемые иС Смешанного
Сигнала для управления
приводом
Майк Брогли (Mike Brogley), менеджер отдела маркетинга, Actel
параметры семейства SmartFusion
компании Actel полностью отвечают
потребностям многих коллективов
разработчиков, которые стремят­
ся улучшить характеристики систем
управления приводом в приложе­
ниях промышленной электроники.
разработчикам встраиваемых систем
редко удается найти однокристальное
решение этой задачи. так, у выбранного
ими микроконтроллера может не ока­
заться необходимого интерфейса или
потребуется добавить заказную логи­
ку для наращивания его функциональ­
ности.
кроме того, интерфейсам, на входы
которые поступают сигналы с датчиков,
а с выходов подаются сигналы управ­
ления на исполнительные механизмы,
может понадобиться аналоговая цепь
для преобразования сигнала и управ­
ления питанием.
для таких приложений компа­
ния Actel выпустила высокопроиз­
водительный компонент семейства
SmartFusion — однокристальное уст­
ройство со встроенным ядром мик­
ро контроллера ARM Cortex­M3, плиС
на базе технологии программируемой
логики pASIC3 и конфигурируемыми
аналоговыми функциями с высоким
быстродействием.
ядро Cortex­M3 представляет собой
100­мгц (125 DMIPS) устройство с флэш­
памятью до 512 кбайт и 128­кбайт
SRAM. Это аппаратное ядро, реализо­
ванное на кристалле для эффективного
ис пользования его площади.
Большая Мощность
рассматриваемое устройство обла­
дает достаточно большой вычисли­
тельной мощностью для работы со
сложными алгоритмами. например,
оно легко осуществляет прецизионное
управление приводом или даже мно­
гоосное управление несколькими дви­
гателями и имеет набор периферий­
ных устройств, включая 10/100 Ethernet
MAC и другие интерфейсы, в т.ч. SPI, I2C,
UART и RS485.
Цифровые порты ввода­вывода
работают на частотах вплоть до
350 мгц, поддерживают уровни ввода­
вывода таких интерфейсных стандар­
тов как LVDS, PCI и PCI­Express при токе
до 24 ма.
аналого­цифровые линии ввода­
вывода работают на частоте до 180 мгц
и токе до 6 ма. количество вентилей
плиС достигает 500 тыс., объем памя­
ти SRAM — 108 кбайт, тактовая часто­
та — до 350 мгц. плиС SmartFusion,
выполненная по флэш­технологии,
обеспечивает готовность к рабо­
те непосредственно по включению
питания. отсутствие дополнительных
конфигурационных устройств у плиС
этого семейства устраняет возмож­
ность несанкционированного копи­
рования дизайна, повышает защиту
интеллектуальной собственности за
счет блокирования доступа к памяти
конфигурации после программиро­
вания.
Семейство SmartFusion поддержи­
вает до трех 12­разрядных аЦп после­
довательного приближения, рабо­
тающих с частотой дискретизации до
500 квыб./с. у каждого аЦп имеется
соответствующий 1­бит сигма­дельта
Цап с 5­с обновлением и 12­бит разре­
шением. такие аналоговые функции как
датчики высокого напряжения и тока,
датчики температуры и быстродейству­
ющие (50­нс) компараторы сгруппиро­
ваны в блоках преобразования сигнала
(Signal Conditioning Blocks).
Эти блоки могут масштабировать
биполярный сигнал. ширина полосы
частот входного сигнала у активных
предварительных делителей бипо­
лярного сигнала составляет 1 мгц при
входном импедансе 1 мом. С работой
аналоговых блоков тесно связан ана­
логовый вычислительный блок ACE
(Analog Compute Engine). Это совер­
шенно новый полуавтономный блок,
выполняющий масштабную предвари­
тельную и последующую обработку
аналоговых данных, в т.ч. дискретиза­
цию и установление последовательно­
сти выборки сигнала без помощи ARM­
процессора.
однокристальная систеМа
управления приводоМ
Семейство SmartFusion в полной
мере отвечает потребности разработ­
чиков улучшить характеристики систем
промышленной электроники. Эта
потребность продиктована различны­
ми соображениями, и наиболее суще­
ственным из них является необходи­
мость повысить энергоэффективность
решений. постепенно растет понима­
ние того, что более сложные схемы
управления приводом позволяют в
значительной мере усовершенствовать
характеристики системы, а также ее
энергоэффективность при лучших мас­
согабаритных параметрах.
для менее требовательных прило­
жений вполне пригодны простые режи­
мы управления, а в случае со сложными
системами необходимы усовершен­
ствованные алгоритмы. например, для
бесщеточного двигателя постоянного
тока следует обеспечить высокую сте­
пень точности управления.
очень часто эти системы являют­
ся многоосными, т.е. требуют одно­
временного управления несколькими
двигателями, например, для переме­
щения руки робота в пространстве.
Семейство SmartFusion позволяет в
реальном времени установить такое
управление с помощью решения на
одном кристалле.
оптиМизация вреМенной
оБласти
на рисунке 1 представлены основ­
ные функциональные блоки системы
управления движения с высокой точ­
ностью.
на этой схеме показана шкала вре­
мени, характеризующего выполнение
каждой функции. в систему поступа­
ет команда, после чего формируют­
ся сигналы управления двигателем
по изменению положения или ско­
рости. Система должна среагировать
background image
background image
34
Э
лек
тр
оприв
о
ды
www.elcomdesign.ru
на входящий сигнал за минимальное
время и продолжить отслеживание
всех последующих командных вход­
ных сигналов.
изображенная на рисунке 1 систе­
ма управления принимает команды и
сообщает об их исполнении через сете­
вой интерфейс или считывает настрой­
ки управляющих сигналов и выводит
их на дисплей. на этом уровне вполне
приемлемо значение времени откли­
ка порядка нескольких миллисекунд.
время реагирования соответствующих
внутренних контуров регулирова­
ния убывает на шкале рисунка 1слева
направо.
например, время реакции конту­
ра управления скоростью составля­
ет порядка сотен мкс, т.е. его частота
обновления — несколько кгц. ядро
микроконтроллера, работающего на
частоте 100 мгц, может выполнять
вычислительные операции для несколь­
ких таких контуров, а также управлять
функциями верхнего уровня, скажем,
интерфейсами шины.
Более критичные ко вреМени
алгоритМы
Фиолетовым цветом на рисунке 1
выделено несколько более критичных
ко времени алгоритмов, составляющих
основу высокопроизводительных схем
управления: например, к ним относят­
ся регулирование крутящего момен­
та и расчет магнитного потока внутри
привода. алгоритмы рассчитывают
величины, которые нельзя измерить
непосредственно (или, как в случае
с крутящим моментом, эти значения
редко измеряются напрямую).
обеспечить указанный на рисун­
ке 1 расчет времени довольно­таки
непросто, и потому разработчики, как
правило, используют высокопроизво­
дительные DSP или внутреннюю логи­
ку плиС. в программно­реализуемой
среде это область кодирования в жест­
ком реальном времени, где у внутрен­
них контуров регулирования имеется
высший приоритет над всеми другими
задачами. вентильная структура плиС,
поддерживающая тактовые частоты
порядка нескольких сотен мгц, явля­
ется, однако, естественной средой для
аппаратного ускорения усовершен­
ствованных алгоритмов управления. на
выход системы управления, показанной
на рисунке 1, поступают аналоговые
сигналы — входные сигналы датчиков
и выходные сигналы на силовые пере­
ключатели.
Рис. 1. Основные функциональные блоки системы прецизионного управления приводом
Рис. 2. Блок-схема управления приводом
Благодаря ресурсам каждого типа —
мк, плиС и аналоговому блоку — на
едином кристалле реализуется реше­
ние, оптимизированное во временной
области, а каждая функция контроллера
привода выполняется в наиболее под­
ходящей среде. ядро ARM­процессора
осуществляет функции интерфейса,
выдает сообщения и выполняет управ­
ление системой; критичные ко времени
логические функции могут кодировать­
ся в плиС; наконец, в широкополос­
ной аналоговой цепи происходит пре­
образование сигнала данных датчика
в реальном времени путем аналого­
цифрового преобразования. таким
образом, отпадает необходимость из
экономических или каких­то иных сооб­
ражений назначить тому или иному
блоку кристалла не вполне подходя­
щие для него функции.
сопряжение Блоков
однокристальное устройство обе­
спечивает существенную экономию
стоимости материалов и компонентов,
из которых изготавливаются изделия
для стандартных систем управле­
ния приводом. Современная плата по
управлению приводом может содер­
жать, например, микроконтроллер
(или DSP), а также автономную плиС
и большой массив аналоговых микро­
схем с соответствующими пассивными
компонентами. однако помимо мень­
шей стоимости и занимаемой на плате
площади у однокристального решения
имеется еще и неявное преимущество.
в каждой технологической дисци­
плине существует свой круг специали­
стов, к которым относятся програм­
мисты, разработчики RTL­библиотек и
специалисты по линейным цепям. если
каждый блок оборудования разраба­
тывается как отдельный объект, интер­
фейсы между ними могут оказаться
недостаточно правильно организован­
ными и подвергаться частым доработ­
кам. Этими недостатками не страдает
однокристальная система SmartFusion,
поскольку каждый из указанных специ­
алистов имеет возможность работать в
единой среде, для которой существуют
полный набор средств разработки. так
например, система SmartFusion обе­
спечивает эффективную связь между
аналоговыми компонентами с порта­
ми ввода­вывода или между матрицей
плиС и шинами мк, что сокращает
количество итераций проектирования
и время выхода продукта на рынок.
Литература
1. Mike Brogley. Mixed-signal pro gram-
mable ICs enable 1-chip motion control//
w w w . e e t i m e s . c o m /d e s i g n / p r o g r a m -
mable-logic/4199401/Mixed-signal-pro-
gram mable- ICs- enable-1- chip -motion-
control?pageNumber=0.
Оцените материал:

Автор: Майк Брогли (Mike Brogley), менеджер отдела маркетинга, Actel



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 
 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2016 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты