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馬達控制設計人員近來在家用電器產品與伺服驅動器等各種應用中的發展都遇到了障礙，必須在控制器性能或昂貴的價格之間進行選擇。大多數馬達控制應用本身成本較低。獲得市場接受的必需條件之一就是產品價格要有吸引力，這就意味著必須選擇能夠實現工作目的的、從事其他作用有限的最廉價控制器。基于 DSP 的智能控制器正在改變這種情況，僵局被打破，基于 DSP 的新型控制器在相當適中的價格上實現了顯著的性能提高。 如電壓赫茲常量以及六步通信 (six step commutation) 等簡單的控制算法難以實現高效率與優化機身大小所需的性能。基于 DSP 的智能控制器在兩個方面改變了上述情況。 首先，其添加了計數能力。這使得設計人員能夠實施性能更高的控制算法，如磁場定向控制。其次，計算強度更高的算法還使設計人員能夠使用更高效的馬達。舉例來說，我們可用永磁馬達替代 AC 感應馬達，這就進一步提高了效率與動態性能。 當然，性能也有助于設計人員去除機械組件，采用適當的馬達大小，并在控制器上集成更多功能，從而優化其系統成本。能夠集成諸如速度、定位、轉矩斷面生成 (torque profile generation)、功率因素校正等更多功能的能力使設計人員能夠以更低的成本做更多的事情。 計算強度較大的矢量控制等先進技術的所謂“問題”在于乘法與累加 (MAC) 運算占據了算法的大部分。標準的 8、16 或 32 位微控制器不能處理上述運算，因為缺少適當的總線架構來實現數學效率。最終，這就意味著我們必須將設計從根本上進行轉變，不是轉變到 DSP，而是發展到基于 DSP 的 32 位控制器。 人們對采用 DSP 控制器有許多常見的誤解，這絲毫不足為奇，例如： * DSP 控制器不具備馬達控制外設； * 代碼密度問題使基于 DSP 的 32 位系統難以讓人接受； * DSP可能會較好地適合控制算法，但卻不能很好地處理其他控制任務； * DSP 軟件很困難，設計人員必須忍受無實時操作系統與良好的工具支持之苦。 我們不妨來討論一下上述誤解。 外設集成 在提到重載 (heavy-duty)數字信號處理時，馬達控制工程師頭腦里最先出現的想法可能就是善于進行數字計算工作的 DSP 控制器了--但是如何處理通用集成的外設功能呢？ 今天的馬達控制 DSP 就馬達控制應用進行了優化，片上集成脈寬調制器 (PWM)、編碼器接口、通信端口以及模數轉換器 (ADC) 等功能。其還包括了大量的快閃存儲器和 RAM，這就消除了對外部存儲器設備的需求。 代碼密度 事實上，傳統的 32 位微控制器架構在代碼密度上有內在的弱點，這對存儲器容量有限的低成本應用而言是關鍵性問題。 新型 32 位 DSP 架構采用經過認真選擇的 16 位與 32 位指令混合，實現了最佳的代碼密度。僅在需要時才使用 32 位指令。 以控制為導向的架構 最佳的 32 位 DSP 控制器帶有原子讀取-修改-寫入指令等功能，可簡化編程，其中斷等待時間也較短，不足 100 納秒，從而實現了響應性超強的 CPU。 軟件支持 DSP 匯編程序已發展到了幾乎很少要求編寫匯編代碼的高級水平。此外，算法開發也變得簡單得多。例如，德州儀器 (TI) 提供了龐大的常用算法庫，可立即運行在其處理器上，還有 BIOS?，一種專為 DSP 優化的實時操作系統。 如果需要定制算法，我們還將提供幫助。為了創建自己的算法，工程師可利用IQMath? 工具，該工具能夠簡化定點計算的數學函數開發。 TI 正在實踐著摩爾定律，開展創新性工作，使馬達控制設計人員的任務變得更為輕松簡單。 作者：德州儀器馬達控制策劃師 Kedar Godbole 2004年06月 |
