由于txsp的“nozuonodie”,，眼下最火最具良心的電視劇QYN已經完結,，盡管結尾處編劇留了個大坑，但是好在回到現(xiàn)代的張若筠一句“當然沒有”,，還是給觀眾留下了不小的懸念,。回顧整個QYN劇情,，范閑+五竹+王啟年,，說是本劇最強三人組，應該沒人反對,。最強大腦的范閑,、專打大宗師的五竹、追蹤高手的王啟年,，對應著一個典型自動控制系統(tǒng)的三個核心單元,，信號處理+執(zhí)行+反饋，TIAN,，看個電視劇,，也能聯(lián)想到工作，I fule Me,。

數(shù)字信號處理算法要求對一組數(shù)據快速執(zhí)行大量數(shù)學運算,。信號從模擬轉換為數(shù)字，進行數(shù)字處理,，然后再次轉換為模擬形式,。許多DSP應用程序都對延遲有所限制。也就是說,，要使系統(tǒng)正常工作,，DSP操作必須在一定時間內完成。

DSP的主要應用是音頻信號處理,，音頻壓縮,，數(shù)字圖像處理，視頻壓縮,，語音處理,，語音識別，數(shù)字通信,，RADAR，SONAR,，地震學和生物醫(yī)學,。具體示例包括數(shù)字移動電話中的語音壓縮和傳輸,，Hifi和擴聲應用中聲音的房間匹配均衡，天氣預報,，經濟預測,，地震數(shù)據處理，工業(yè)過程的分析和控制,，電影中的計算機生成動畫,，醫(yī)學影像等用于CAT掃描和MRI，MP3壓縮,，圖像處理,，高保真揚聲器分頻和均衡以及與電吉他放大器一起使用的音頻效果。

下圖所示是一個典型的交流感應電動機控制算法示意圖,，電動機的速度可以通過改變電動機的輸入電壓來控制,。其中就包括軟件部分和硬件部分，軟件部分主要包括閉環(huán)控制PI/PID控制器,、三相信號轉換以及速度估計等,，硬件部分包括門控信號PWM波生成單元和模數(shù)轉換ADC信號反饋單元。一個電動機控制系統(tǒng)的好壞,，取決于軟件算法運行的是否高效,、PWM門控信號是否精準、ADC反饋信號是否精細,，這就對應了開頭所說的最強三人組,，范閑的最強大腦就是能夠根據王啟年的精細反饋做出各種決策，而五竹叔則是一個不畏懼劇中任何高手的最佳執(zhí)行人,，對目標完成精準打擊,。

最強大腦范閑-DSP主控單元

長期以來，DSP已用于步進電機控制和閉環(huán)DC伺服電機,。MCU和DSP都已用于某些高端三相電動機中,，主要用于數(shù)字換向應用。但是單相電機市場一直是DSP的挑戰(zhàn),。但是現(xiàn)在,，DSP在單相交流感應電動機控制中的應用已變得實用。

高性能伺服電機的特點是需要平穩(wěn)旋轉直至失速,，完全控制失速時的轉矩以及快速的加速和減速,。過去，由于其出色的可控制性,，變速驅動器主要采用直流電動機,。但是，現(xiàn)代高性能電動機驅動系統(tǒng)通?；谌嘟涣麟妱訖C,，例如交流感應電動機（ACIM）或永磁同步電動機（PMSM）,。這些電機已經取代直流電機，成為要求苛刻的伺服電機應用的首選電機,，因為它們具有堅固耐用的結構,，低慣性，高輸出功率重量比以及在高速旋轉下的良好性能,。

現(xiàn)在已經建立了矢量控制原理來控制這些交流電機?，F(xiàn)在，大多數(shù)現(xiàn)代高性能驅動器都實現(xiàn)了數(shù)字閉環(huán)電流控制,。在這樣的系統(tǒng)中,，可達到的閉環(huán)帶寬直接與可實時實現(xiàn)計算密集型矢量控制算法和相關矢量旋轉的速率有關。由于這種計算負擔,，許多高性能驅動器現(xiàn)在使用數(shù)字信號處理器（DSP）來實現(xiàn)嵌入式電動機和矢量控制方案,。DSP的固有計算能力可實現(xiàn)非常快的循環(huán)時間,，并實現(xiàn)閉環(huán)電流控制帶寬（2至4 kHz之間）,。

這些機器的完整電流控制方案還需要高精度的脈寬調制（PWM）電壓生成方案和高分辨率的模數(shù)（A/D）轉換（ADC）來測量電動機電流。為了將轉矩保持平穩(wěn)地控制到零速,，轉子位置反饋對于現(xiàn)代矢量控制器至關重要,。因此，許多系統(tǒng)都包括轉子位置傳感器,，例如旋轉變壓器和增量編碼器,。

精準執(zhí)行部件五竹-PWM門控

三相交流電機的有效變速控制需要生成具有可變頻率的平衡三相可變電壓組。變頻電源通常是通過使用功率半導體器件（通常為MOSFET或IGBT）作為固態(tài)開關從直流電轉換而產生的,。常用的轉換器配置為兩級電路,，其中首先對固定頻率的50或60Hz交流電源進行整流，以提供存儲在直流鏈路電容器中的直流鏈路電壓Vd,。然后將該電壓提供給逆變器電路,，該逆變器電路為電動機生成變頻交流電。逆變器電路中的電源開關允許將電動機端子連接到Vd或接地,。這種操作模式具有很高的效率,，因為理想情況下，開關在打開位置和閉合位置均具有零損耗,。

通過快速順序地打開和閉合六個開關,，可以在輸出端子上合成具有平均正弦波形的三相交流電壓。實際輸出電壓波形是脈寬調制（PWM）高頻波形,。在使用固態(tài)開關的實際逆變器電路中,，大約20kHz的高速開關是可能的，并且可以在非常高的頻率下利用所有電壓諧波分量生成復雜的PWM波形。遠高于所需的基本頻率-通常在0至250 Hz的范圍內,。

電機的感抗隨頻率增加,，因此高次諧波電流非常小，并且近正弦電流在定子繞組中流動,。通過使用適當?shù)目刂破鞲腜WM波形，可以調節(jié)逆變器的基本電壓和輸出頻率,。在控制基本輸出電壓時,，PWM過程不可避免地會修改輸出電壓波形的諧波含量。適當選擇調制策略可以將這些諧波電壓及其相關的諧波效應和電動機中的高頻損耗降至最低,。

在典型的交流電動機控制器設計中,，在生成PWM信號的過程中會同時考慮硬件和軟件因素，這些信號最終用于打開或關閉三相逆變器中的功率設備,。在典型的數(shù)字控制環(huán)境中,，控制器會以PWM開關頻率（通常為10至20kHz）生成一個定期定時中斷。在中斷服務程序中,，控制器軟件為PWM信號計算新的占空比值,，這些PWM信號用于驅動逆變器的三個分支。計算出的占空比取決于電機的測量狀態(tài)（轉矩和速度）以及所需的運行狀態(tài),。為了逐個周期地調整占空比,，以使電動機的實際運行狀態(tài)遵循期望的軌跡。

一旦處理器已經計算出所需的占空比值,，就需要一個專用的硬件PWM發(fā)生器來確保在下一個PWM和控制器周期內產生PWM信號,。PWM生成單元通常由適當數(shù)量的計時器和比較器組成，這些計時器和比較器能夠產生非常精確的定時信號,。通常,，在PWM時序波形的產生中需要10至12位的性能。占空比以逐周期為基礎有效地調整施加到電動機的平均電壓,，以實現(xiàn)所需的控制目標,。

精細反饋王啟年-ADC轉換器

定子電流矢量的兩個分量稱為d直軸分量和q正交軸分量。直軸電流控制電機磁通量,，通常用永磁電機控制為零,。然后可以通過調節(jié)正交軸分量直接控制電動機轉矩?？焖?，準確的轉矩控制對于高性能驅動器至關重要，以確?？焖偌铀俸蜏p速,，并在所有負載條件下平穩(wěn)地旋轉至零速。

實際的直流和正交電流分量是通過以下方法獲得的：首先使用合適的電流感應傳感器測量電動機相電流，然后使用片上ADC系統(tǒng)將其轉換為數(shù)字量,。通常僅對兩個電機線路電流進行同時采樣就足夠了：由于三個電流之和為零,，因此可以在必要時從同時測量其他兩個電流得出第三個電流。

為了控制高性能交流伺服驅動器,，需要對測量的兩相電流值進行快速,、高精度、同時采樣的A/D轉換,。伺服驅動器具有額定的工作范圍-可以連續(xù)維持的一定功率水平,，并且電動機和功率轉換器中的溫度升高可以接受。伺服驅動器還具有峰值額定值-能夠在短時間內處理遠遠超過額定電流的電流,。例如,，可以在短時間內施加高達額定電流六倍的電流。這允許瞬時施加大扭矩,，以非?？焖俚丶铀倩驕p速驅動器，然后恢復到正常操作的連續(xù)范圍,。這也意味著在驅動器的正常操作模式下,，僅使用總輸入范圍的一小部分。

在另外一方面,，為了獲得這些機器所需的平穩(wěn),、準確的旋轉，明智的做法是補償小偏差和非線性,。在任何電流傳感器電子設備中,，模擬信號處理經常會遭受增益和失調誤差。例如,，針對不同繞組的電流測量系統(tǒng)之間可能存在增益不匹配的情況,。這些效果結合在一起會在扭矩中產生不希望的振蕩。為了滿足這兩個相互矛盾的分辨率要求,，現(xiàn)代伺服驅動器使用12至14位A/D轉換器,，具體取決于應用所需的成本/性能折衷。

系統(tǒng)的帶寬基本上受輸入信息然后執(zhí)行計算所花費的時間限制,。A/D轉換器如果要花費許多的時間轉換信號,，系統(tǒng)是無法忍受這樣的延遲的。閉環(huán)系統(tǒng)中的延遲會降低系統(tǒng)可達到的帶寬,，而帶寬是這些高性能驅動器最重要的性能指標之一,。因此，對于這些應用來說,，快速的模數(shù)轉換是必需的,。

這些應用中使用的A/D轉換器的第三個重要特性是時序,。除了高分辨率和快速轉換，還需要同時采樣,。在任何三相電動機中,，都必須在同一時間測量電動機三個繞組中的電流，以便即時獲得電動機轉矩的“快照”,。任何時間偏差（測量不同電流之間的時間延遲）都是通過測量方法人為插入的誤差因子,。這種不理想的情況直接轉化為轉矩的波動，這是非常不希望的特性,。

在成熟的工業(yè)自動化市場以及家用電器,，辦公自動化和汽車市場的新興市場中，基于DSP的三相交流電動機的現(xiàn)代控制技術在市場上繼續(xù)蓬勃發(fā)展,。要對這些機器進行有效且具有成本效益的控制，就需要在硬件和軟件之間進行適當?shù)钠胶?，以便對時間緊迫的任務（如生成PWM信號或與轉子位置傳感器的實時接口）由專用的硬件單元進行管理,。另一方面，使用DSP核的快速計算能力,，最好用軟件來處理電動機的整體控制算法和新電壓指令的計算,。與較舊的硬件解決方案相比，用軟件實現(xiàn)控制解決方案具有所有優(yōu)點,，即易于升級,，可重復性和可維護性。所有電機控制解決方案還需要集成合適的A/D轉換系統(tǒng),，以快速,，準確地測量來自電機的反饋信息。ADC系統(tǒng)的分辨率,，轉換速度和輸入采樣結構必須嚴格針對特定應用的要求,。