基于模型的设计简化嵌入式电机控制系统开发

作者:Dara O’ Sullivan、Jens Sorensen、Aengus Murray,ADI公司

本文描述了围绕基于ARM®的嵌入式电机控制处理器构建的基于模型设计(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。

长期以来,系统和电路建模一直是电机控制系统设计的重要方面。采用MBD方法后,电气、机械和系统级模型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模型生成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。

图1. 驱动系统平台(a)交流馈入闭合电机控制系统框图(b)系统原型制作

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