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Servo-Motorregelungen

Schnellere Stromregelkreise zeichnen sich aus

27. Februar 2018, 11:19 Uhr | Brian Fortman

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Stabilität auch bei höheren Drehzahlen

Die FCL-Software dagegen enthält einen effizienten Algorithmus auf der Basis eines stimmigeren Systemmodells, wodurch die prinzipbedingten Übertragungs-Verzögerungen des Systems kompensiert werden. Im DesignDRIVE Complex Controller (CC) umgesetzt, sorgt dies zu allen Zeiten für eine perfekte Aufhebung der Pol- und Nullstellen, wodurch die Stabilität auch bei höheren Drehzahlen gewährleistet ist.

Die hardware- und technologiebezogenen Durchbrüche, die die FCL-Software möglich gemacht haben, resultieren aus der Erfahrung der für den Bereich C2000 MCU DesignDRIVE zuständigen Ingenieure im Bereich der Embedded-Processing-Technik und der Motorregelungs-Systeme.

Selbstverständlich haben auch die MCUs selbst leistungsstarke Verarbeitungseinheiten, Coprozessoren und spezielle Engines. Ebenso entscheidend ist jedoch die Architektur der C2000-MCUs, die mit sehr geringen Latenzen und einer hochgradig deterministischen Verarbeitung für ein hohes Maß an Echtzeit-Parallelverarbeitung sorgt.

Dies macht eine C2000-MCU in einer Servoantriebs-Anwendung unter dem Strich zum einem Cycle Scavenger, der über die gesamte Regelschleife hinweg Prozessorzyklen spart und die sonst möglicherweise längeren sequenziellen Verarbeitungsschritte zu kürzeren, simultanen Prozessen macht.

Natürlich sind beispielsweise die mit 200 MHz getakteten C28x-Verarbeitungskerne entscheidend für das Unterteilen der Arbeitsaufgaben im Interesse einer optimierten Parallelverarbeitung, jedoch gilt dies ebenfalls für die echtzeitfähige, deterministische Architektur, die diese Kerne umgibt.Da die Architektur die Verarbeitung des Systems so jitterfrei wie möglich hält, werden keine Zyklen mit Timing-Problemen oder dem Durchlaufen von Fehlerkorrektur-Routinen vergeudet.

Es gibt keine Datentransfer-Latenzen zwischen dem ADC und den C28x-Kernen oder zwischen den Kernen und der PWM-Funktion. Für das Übertragen einer Signalprobe vom ADC zu den C28x-Kernen oder das Aktualisieren der PWM-Funktion ist somit nur ein einziger Zyklus erforderlich (Bild 3).

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Mehrere C2000-MCUs wie der Prozessor Delfino TMS320F28379D enthalten einen leistungsstarken ADC-Nachverarbeitungs-Block. In spezieller Hardware werden dabei bestimmte Probenaufbereitungs-Routinen ausgeführt, für die sonst die C28x-Kerne zuständig gewesen wären. Dies spart Zyklen in den Haupt-Prozessoren und stellt diese damit für die parallele Verarbeitung anderer Aufgaben frei.

Die Kerne selbst wurden mit Coprozessoren und speziellen Verarbeitungseinheiten ausgestattet, die sich in Servoregelungs-Anwendungen als nützlich erweisen. Zum Beispiel können die Haupt-Verarbeitungskerne die Verarbeitung des Encoder-Feedbacks an den CLA-Coprozessor (Control Law Accelerator) auslagern, der seine Stärken in hochkarätigen mathematischen Operationen hat.

Außerdem nutzen sowohl die FOC-Verarbeitung als auch der CC eine weitere spezielle Verarbeitungseinheit, nämlich die Trigonometric Math Unit (TMU), mit deren Hilfe sich die Zyklus-Performance der d/q-Transformation gegenüber vergleichbaren MCUs in der Industrie um den Faktor 8 verbessern lässt. Die 32-Bit-Gleitkommaverarbeitung des C28x-Kerns beschleunigt außerdem die Verarbeitung mehrerer Arten rechenintensiver Berechnungen, die von den FCL-Algorithmen genutzt werden (z. B. Minima/Maxima-Ermittlungen, Vergleichsoperationen und Quadratwurzel-Berechnungen).

Brian Fortman
arbeitet bei Texas Instruments als C2000 DesignDRIVE Marketing Manager. Er ist in den Bereichen Industrielle Antriebe und Automatisierung für die Vermarktung der C2000-Echtzeit-Mikrocontroller verantwortlich. Fortman besitzt mehr als 25 Jahre Erfahrung im Marketing, Verkauf und System-Engineering von Halbleitern.