從內(nèi)核性能到功能集成，PMSM驅(qū)控能力又進(jìn)一步

PMSM全稱是permanent magnet synchronous motor，也就是永磁同步電機(jī)。電機(jī)控制的本質(zhì)是控制轉(zhuǎn)速和扭矩，PMSM就是利用磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在低能效電機(jī)漸漸滿足不了各項(xiàng)需求的今天，高能效電機(jī)完成對低能效電機(jī)的替代已經(jīng)是大勢所趨，高能效電機(jī)也就是我們熟知的無刷直流（BLDC）與永磁同步（PMSM）。

BLDC與PMSM二者最明顯的區(qū)別在反電勢上，當(dāng)一臺電機(jī)設(shè)計完成后，其反電勢就確定了。我們可以將反電勢理解成電機(jī)的特征碼，通過確定反電勢的波形和大小，可以輕而易舉地區(qū)分電機(jī)類型與大小。因?yàn)锽LDC與PMSM的定子繞組設(shè)計的差異，造成了兩種高能效電機(jī)的反電勢不同，這里就不展開了。除此之外，PMSM電機(jī)與BLDC電機(jī)的區(qū)別在各種電機(jī)應(yīng)用方面都并不大，兩者之間可以也能互相替換。如果一定要區(qū)別開，那PMSM更偏向于是高精度定速驅(qū)動的理想選擇，非常適用于直接驅(qū)動大馬力、低轉(zhuǎn)速的負(fù)載。

PMSM的特性不難看出它的控制系統(tǒng)會復(fù)雜些，較為常見的PMSM電機(jī)控制系統(tǒng)主要由驅(qū)動器、主控制器及各種傳感器等組成。盡管結(jié)構(gòu)不同，但所有三相永磁電機(jī)（BLDC、 PMSM或PMAC）都是由PWM調(diào)制的三相橋（三個半橋）驅(qū)動， 以便為電機(jī)提供可變頻率和幅值的三相電壓、電流。PMSM電機(jī)的控制要求主控芯片不僅有強(qiáng)大的電機(jī)控制專用外設(shè)，而且需要很強(qiáng)的實(shí)時性能。

英飛凌Audo-MAX系列

TC1782/84是英飛凌旗下的Audo-MAX系列MCU產(chǎn)品，是一款哈弗架構(gòu)且有非對稱雙核（主核Tricore和外設(shè)控制協(xié)處理器PCP）的高性能32位MCU。TC1782/84將復(fù)雜的DSP功能和高端微控制器的優(yōu)勢結(jié)合在了一起，其時鐘頻率為133/180 MHz。并內(nèi)置浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU，DSP算法指令，2.5M字節(jié)FLASH，176K字節(jié)RAM。

這個系列使用專用外設(shè)控制處理器（PCP）用來管理片上外設(shè)，將TriCore從繁復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)處理任務(wù)中解放出來。其展現(xiàn)出的卓越的實(shí)時性能、強(qiáng)大的處理能力、完全集成的DSP功能以及單精度浮點(diǎn)單元，完全匹配到了PMSM的主控需求。

值得一提的是，TC1782/84采用了具有數(shù)字信號濾波器和定時器功能的通用定時器陣列和本地定時器單元，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜I/O信號，也就是我們常說的GPTA。配合4通道的ADC，這個系列在死區(qū)控制和PWM控制上也不賴。

Trinamic MotionCookie系列

Trinamic的產(chǎn)品是有關(guān)電機(jī)的文章里的?？土耍@次講的TMCC160是Trinamic MotionCookie系列中的一款。TMCC160是一款老產(chǎn)品了，在今年Trinamic宣布其將停產(chǎn)。但在TMCC160剛剛推出時，作為首款片載系統(tǒng)PMSM/BLDC控制芯片，它表現(xiàn)得可謂十分亮眼。

TMCC160在一個12mm*17mm的芯片內(nèi)部集成了電機(jī)的預(yù)驅(qū)動，微控制和操縱系統(tǒng)。高度集成的芯片只需要增加外部功率就可以實(shí)現(xiàn)一個完整的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。具體一點(diǎn)就是集成了高效的先進(jìn)的換向算法、門驅(qū)動器、不同的接口選項(xiàng)以及產(chǎn)生數(shù)字電源、測量和診斷功能。

為了避免在電機(jī)減速時電源過調(diào)，TMCC160提供一個制動斬波器輸出，可以連接到一個低側(cè)n通道MOSFET。制動斬波器的占空比還能根據(jù)電源電壓進(jìn)行自動控制。而對于需要高定位精度和低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用，電機(jī)編碼器的配置必不可少。TMCC160支持增量ABN編碼器，分辨率高達(dá)16000行。另外對于對定位精度和速度要求降低的應(yīng)用，霍爾傳感器一直是最經(jīng)濟(jì)有效的選擇，而該P(yáng)MSM也已經(jīng)囊括了用于換向的霍爾傳感器。

作為世界上首款集成了MCU和操作系統(tǒng)的伺服控制芯片，TMCC160在今年也向大家說了再見。

TI C2000 TMS320F2833X系列

C2000系列，TI的經(jīng)典系列。雖然很難界定這個系列到底屬于MCU還是DSP，但C2000的可擴(kuò)展、超低延遲不需要過多介紹，在電機(jī)控制里這個系列是硬通貨。在PMSM上今天介紹的是TMS320F2833X。

TMS320F2833x能夠通過減少系統(tǒng)組件實(shí)現(xiàn)用于三相電機(jī)的智能控制器的成本有效設(shè)計，能在片上實(shí)現(xiàn)FOC等數(shù)字矢量控制算法。在PMSM上實(shí)現(xiàn)FOC控制是一件成本極高的事情，遠(yuǎn)超在BLDC上實(shí)現(xiàn)FOC的成本。因此這個系列帶來的優(yōu)勢以及低成本誘惑還是非常具有吸引力的。

首先，計算能力是必需的。TMS320F2833x具有執(zhí)行復(fù)雜控制算法所需的計算能力，以及與 DMC硬件的不同組件對接的正確混合外設(shè)，例如ADC，增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器 （ePWM），正交編碼器脈沖（QEP），增強(qiáng)型捕捉（ECAP）等等。另外，DMC庫提供可被重新使用來執(zhí)行全新控制策略的可配置塊，IQMath庫則可實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)算法到定點(diǎn)的輕松遷移，大大縮短開發(fā)周期。

從TMS320F2833x整體來看，在PMSM應(yīng)用上，它通過強(qiáng)大的計算能力運(yùn)行控制算法，大大減少了轉(zhuǎn)矩紋波，表現(xiàn)出來的是電機(jī)更低的振動與更長的使用壽命；同時先進(jìn)的控制算法減少了反相器生成的諧波；使用ePWM外設(shè)生成了更高分辨率的PWM。

拋開內(nèi)核的參數(shù)指標(biāo)，僅僅從其給出的FOC控制，TMS320F2833X就已經(jīng)足夠讓PMSM設(shè)計變得更簡單。

小結(jié)

PMSM驅(qū)控芯片在低成本應(yīng)用上目前就是打價格戰(zhàn)，應(yīng)用稍微往高一點(diǎn)就開始對性能要求，對功能可擴(kuò)展性要求開始變高。從目前的形勢來看，單芯片方案仍然是國產(chǎn)電機(jī)最常見的。