利用完全可編程平臺實現(xiàn)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。可以清楚地看到PFM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。諧波會導致能量損耗和馬達振動。

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。

實現(xiàn)方案

市場上已經(jīng)有用于三相馬達的磁場定向控制實現(xiàn)解決方案。除了實現(xiàn)復雜的算法，設計人員還應考慮該實現(xiàn)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時切換。其他需要考慮的方面有：

- 使用同一器件控制多軸

- 集成實時網(wǎng)絡協(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(tǒng)和FPGA架構(如圖6所示)。SoC子系統(tǒng)內置SPI、I2C、UART、CAN、USB、GigE MAC等常見外設和接口，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(tǒng)和FPGA之間的直接連接，以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)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(tǒng)(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/硬件模塊間實現(xiàn)無縫互操作性。

Zynq-7000 AP SoC經(jīng)過精心設計，在單個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)絡軟件協(xié)議棧、操作系統(tǒng)以及用戶的應用代碼。它們均以軟件方式運行，可實現(xiàn)對器件的總體應用管理。對于FOC算法、調制實現(xiàn)方案和供工業(yè)網(wǎng)絡使用的定制MAC等關鍵性功能模塊，最好在FPGA架構中實現(xiàn)，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)絡協(xié)議棧、軟件應用、RTOS由A9子系統(tǒng)負責執(zhí)行。馬達控制算法、調制方案和定制MAC應布置在FPGA架構中，以獲取實時性能。