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基于模型的设计简化嵌入式电机控制系统开发
浏览: 发布日期:2018-03-31

本文描述了围绕基于ARM的嵌入式处理器构建的基于设计(MBD)平台的详细情况。 随后,本文提供最初部署的基本永磁同步电机(PMSM)控制算法示例,并介绍了方便的功能扩展,以包含自动化系统的多轴位置控制。

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长期以来,系统和电路建模一直是系统设计的重要方面。 采用MBD方法后,电气、机械和系统级用于在构建和测试物理硬件前评估设计概念。 MathWorks最新的仿真工具可以对完整的嵌入式控制系统进行建模,包括电气电路和机械系统领域。 同时,嵌入式编码工具从控制系统生成C语言代码,将控制算法部署在嵌入式控制平台上。

这些工具实现了基于模型的设计过程,人们可以在最终硬件测试前先在仿真平台上进行设计并完全测试。 成功构建MBD平台的关键是分隔系统模型和嵌入式软件代码。 一旦MBD平台使用已知算法和系统进行测试后,便可开发新算法,并在仿真平台上以系统工作极限安全地测试。

完整的设计流程

MBD经过数十年的探讨,直到最近几年才发展为从模型创建到完整实现的完整设计流程。 MBD是解决设计复杂嵌入式控制系统相关问题的数学和可视化方法。

设计师无需使用复杂的结构和大量软件代码,通过连续时间和离散时间构建模块,就可以使用MBD定义具有高级功能特性的各种模型。 这些与仿真工具一同使用的模型能够缩短原型设计、软件测试和硬件在环(HIL)仿真的时间。

通过仿真,我们能够立即发现各种规范差异和模型误差,不会等到设计周期的后续环节才发现。 为了优化整体代码生成过程,可以加入自动代码生成来减少任何手动部署步骤,并进一步有助于缩短整体产品上市时间。 总而言之,MBD方法使设计师能够从更多经典设计方案开始扩展,以可控方式直接从模型创建转到仿真、代码生成和HIL测试,无需重新设计整个系统就可对系统行为作出递增改变。

本文中的实验性设置基于交流馈入闭合系统,如图1所示。该系统表示一个功能完整的PMSM市电输入电机驱动,具有功率因数校正、完全控制、通信信号隔离和光学编码器反馈功能。 该系统的核心是一个ARM Cortex®-M4混合信号控制处理器,即ADI的ADSP-CM408。 它通过搭配IAR和MathWorks公司的工具,实现完整的MBD平台部署。

交流电机驱动系统建模

目标驱动系统是带有编码器位置反馈的PMSM,连接三相交流电源逆变器,带有隔离式相位电流反馈。 驱动控制算法部署在混合信号专用信号处理器(ASSP),包含外设,可捕获电机反馈信号并控制

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