현대 모터 제어?

1 제어 이론

비동기 모터의 벡터 변환 제어 방법은 1970 년대에 제기된 이래 발전이 매우 빠르다. 이 이론의 주요 아이디어는 비동기 모터를 DC 모터로 시뮬레이션하고 좌표 변환을 통해 여자 전류 컴포넌트 및 토크 전류 컴포넌트를 개별적으로 제어하여 DC 모터와 동일한 동적 속도 조절 특성을 얻는 것입니다. 이런 통제 방법은 현재 이미 성숙하고 상업화되어 제품 품질이 안정적이다. 이 방법은 좌표 변환을 사용하기 때문에 연산 속도 및 처리 능력과 같은 컨트롤러의 성능 요구 사항이 높습니다. 최근 몇 년 동안 국내외 학자들은 복잡한 시스템 구조, 비선형 성 및 모터 매개변수가 시스템 성능에 미치는 영향과 같은 벡터 변환 제어의 결함에 대해 많은 연구를 수행했습니다.

1985 년 독일의 Depenbrock 교수는 비동기 모터 직접 토크 제어 시스템인 새로운 제어 방법을 제안했습니다. 그것은 상술한 연구의 결과이다. 좌표 변환이나 회전자의 수학적 모델에 의존할 필요가 없기 때문에 이론적으로 매력적입니다. 실험실 조건 하에서, 또한 성능 지표가 상당히 높은 원형을 제작했다. 그러나 토크 관측기 및 저속 속도 변동과 같은 아직 해결되지 않은 문제들이 있어 상용화를 실현할 수 없다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 현재 시장에서 직접 토크 제어를 선언한 시스템은 대부분 자기 체인 방향과 직접 토크 제어를 결합하고, 저속시에는 자기 체인 방향 벡터 변환 제어를 사용하며, 고속에는 직접 토크 제어를 사용합니다. 또는 직접 토크 제어 시스템을 수정하는 동안 회전자 자체인을 관찰할 수 있습니다. 첫째, 이 방법이 부드럽게 전환되는 시기를 결정하기가 어렵습니다. 현재 독일 대학의 박사들은 이 문제를 연구하고 있다. 둘째, 저속으로 자속 방향 벡터 제어를 사용하거나 회전자 자체인을 관찰하는 방법을 사용하는 경우 회전자 매개변수에 따라 달라집니다. 즉, 회전자 자기사슬의 분량만 있으면 회전자 매개변수에 민감하다는 뜻입니다. 직접 토크 제어의 장점을 반영하지 않습니다. 완전한 토크가 상용화까지는 아직 거리가 있는 것 같다.

또한 현대 제어 이론에 기반한 슬라이딩 모드 가변 구조 제어 기술, 미분 형상 이론을 이용한 비선형 디커플링 제어, 모델 참조 가변 제어 등의 방법 도입으로 시스템 성능이 향상되었습니다. 그러나 이러한 이론은 여전히 오브젝트의 정확한 수학적 모델을 기반으로 합니다. 많은 센서와 관찰자가 필요하고, 구조가 복잡하며, 비선형 및 모터 매개변수 변화의 영향에서 벗어날 수 없는 사람들도 있으며, 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법을 더 모색해야 합니다.

전기업계의 발전사를 살펴보면, 거의 모든 큰 발전은 이론적 돌파구이다. 하지만 지금은 성숙한 현대통신 시스템으로서 획기적인 이론을 제시하는 것은 쉽지 않다. 따라서, 미래의 발전에서, 기존의 제어 이론을 장기적으로 결합하거나, 장점을 취하여 단점을 보완하거나, 다른 학과의 이론과 방법을 모터 제어에 도입하여, 학제 간 도로를 밟아 이러한 문제를 해결한다. 최근 몇 년 동안, 지능 통제의 연구는 매우 활발하여 많은 분야에서 응용되었다. 일반적인 예로는 흐림 제어, 신경망 제어 및 전문가 시스템 기반 제어가 있습니다. 지능 제어에는 개체의 정확한 수학 모델이 필요하지 않고 루봉이 강하기 때문에 많은 학자들은 지능 제어 방법을 모터 제어 시스템 연구에 도입하고 향후 10 년 동안 전력 전자와 운동 제어의 새로운 시대를 맞이할 것이라고 예측했다. 비교적 성숙한 것은 모호한 제어로, 제어 대상의 정확한 수학 모델에 의존하지 않고 비선형 요인의 영향을 극복하고 제어 대상의 매개변수 변화에 강한 루봉성을 가지고 있다는 장점이 있다. 흐림 제어는 AC DC 속도 조절 시스템과 서보 시스템에서 만족스러운 결과를 얻었습니다. 일반적인 응용 프로그램은 다음과 같습니다. 모터 속도 제어용 퍼지 제어기; 퍼지 논리는 모터 모델 및 매개변수 식별에 적용됩니다. 즉, 퍼지 논리에 기반한 비동기 모터 효율 최적 제어, 퍼지 논리에 기반한 지능형 인버터 연구 등이 있습니다. 최근 몇 년 동안 일부 문헌에서는 신경 네트워크 제어나 전문가 시스템을 비동기 모터 직접 토크 제어 시스템에 도입하는 것에 대해 논의하고 있으며, 가까운 장래에 실용적인 성과를 거둘 것으로 기대하고 있습니다.

2 컨트롤러 측면

좋은 제어 방법으로, 당신은 그것을 실현할 수 있는 컨트롤러가 필요하다. 높은 신뢰성과 우수한 실시간은 제어 시스템에 대한 기본적인 요구 사항입니다. 처음에 모터는 분립된 구성요소가 있는 아날로그 회로 사용을 제어했다. 나중에 전자 기술이 발전함에 따라 집적 회로, 심지어 전용 집적 회로를 사용했다. 이러한 회로는 대부분 아날로그-디지털 혼합 회로로 신뢰성과 간섭 방지에 도움이 될 뿐만 아니라 개발 주기와 비용을 줄이고 부피를 줄여 빠르게 성장하고 있습니다.

ASIC (전용 집적 회로) 의 중요한 측면으로 거의 모든 선진국 반도체 제조업체는 모터 제어를 위해 자체 개발한 ASIC 를 제공할 수 있습니다. 따라서 모터 제어 전용 집적 회로의 종류와 규격이 매우 많아 제품 데이터와 응용 데이터가 매우 풍부하다. 그러나 동시에, 제조업자들 사이에 통일된 기준이 없기 때문에, 제품은 극도로 분산되어 신제품이 끊임없이 출현하고 있다. 설계의 요구를 충족시키기 위해서는 정보를 수집하고 정리하는 데 많은 시간과 노력이 필요한 경우가 많습니다. 그러나 위에서 설명한 바와 같이 모터 제어의 발전은 점점 더 다양해지고 복잡해지고 있다. 따라서 점점 더 까다로운 성능 요구 사항을 충족하지 못할 수도 있습니다. 이때 자신의 모터 전용 제어 칩 개발을 고려해 볼 수 있다. 현장 프로그래밍 가능 도어 배열 (FPGA) 은 하나의 솔루션으로 사용될 수 있습니다. FPGA 는 개발 장비로서 여러 번 쉽게 수정할 수 있다. 예를 들어, FPGA 는 ASIC 에 비해 EEPROM 이 마스크판에 대해 생산하는 ROM 과 같다. 왜냐하면 FPGA 의 통합도가 매우 크기 때문이다. FPGA 가 적으면 수천 개의 동등한 문, 많으면 수만 개 또는 수십만 개의 동등한 문. 따라서 하나의 FPGA 는 여러 집적 회로 및 개별 구성 요소로 구성된 회로를 대체하는 매우 복잡한 논리를 구현할 수 있습니다. 하드웨어 설명 언어 (VHDL 또는 VerilogHDL) 를 통한 시스템 설계를 통해 도어 회로에서 전체 시스템에 이르기까지 기존의 접근 방식을 없앴습니다. 3 단계 하드웨어 설명과 하향식 설계 스타일 (시스템 기능 설명으로 시작) 을 사용하며 디지털 회로 설계를 위해 3 단계 설명을 혼합하고 시뮬레이션할 수 있습니다. 구체적인 계층과 그 소개는 다음과 같습니다. 첫 번째 계층은 동작 설명, 주로 기능 설명, 기능 시뮬레이션에 사용할 수 있습니다. 두 번째 계층은 RTL 설명, 주로 논리 표현식 설명 및 RTL 레벨 시뮬레이션입니다. 세 번째 레벨은 기본 문 회로에 대한 설명과 해당 문 수준 시뮬레이션을 사용하는 문 수준 설명입니다. 마지막으로 문급 네트워크 테이블을 생성하고 전용 도구로 FPGA 의 프로그래밍 코드 포인트를 생성하면 FPGA 프로그래밍을 할 수 있습니다. 시험 생산이 성공한 후 양산이 필요하다면 FPGA 의 설계에 따라 ASIC 칩을 사용자 정의하여 비용을 절감할 수 있습니다. 현재 이 방면의 실현가능성이 있는 문장, 관심 있는 독자가 참고할 수 있습니다.

집적 회로의 출현은 모터 제어에 깊은 영향을 미쳤다. 전기 제어 산업의 발전을 크게 추진하여 지금까지도 여전히 광활한 시장이 있지만, 유감스럽게도 국내 IC 업체들은 이 시장에서 적절한 점유율을 차지할 수 없다. 기술이 발달하면서, 특히 디지털화 추세가 널리 유행하고 있는 오늘날 사람들은 시뮬레이션과 디지털 혼합의 시대에 머무는 것에 만족하지 않을 것이다.

현재 시장에서 흔히 볼 수 있는 주파수 변이기는 대부분 단일 기계에 의해 제어된다. 8096 계열 제품이 광범위하게 응용되다. 그러나 단일 칩 마이크로 컴퓨터의 처리 능력은 제한되어 있습니다. 특히 벡터 변환 제어 시스템에서는 더욱 그렇습니다. 처리해야 할 데이터의 양이 많고 실시간성과 정확성이 높기 때문에 단일 칩 마이크로 컴퓨터는 더 이상 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다. 그래서 사람들은 자연스럽게 DSP (디지털 신호 프로세서) 를 떠올렸습니다. 최근 몇 년 동안 다양한 통합 단일 칩 DSP 의 성능이 크게 향상되었으며 점점 더 많은 소프트웨어 및 개발 도구가 좋아지고 있습니다. 그러나 가격이 크게 떨어졌다. 현재 로우엔드 제품은 단일 칩 마이크로 컴퓨터의 가격 수준에 가깝고 높은 가격 대비 성능을 가지고 있습니다. 따라서 DSP 장치와 기술은 사용하기 쉽고 가격도 사용자가 받아들일 수 있습니다. 점점 더 많은 마이크로 컨트롤러 사용자가 제품 성능을 향상시키기 위해 DSP 장치를 선택하기 시작했으며, DSP 장치가 하이 엔드 마이크로 컨트롤러를 대체 할 때가되었습니다. 그리고 DSP 가 각 업종에서 널리 보급됨에 따라 전문가의 공급과 수요 갈등도 빠르게 해결될 것이다.

DSP 장치는 단일 칩 마이크로 컴퓨터보다 더 높은 통합도를 가지고 있습니다. DSP 에는 더 빠른 CPU, 더 큰 메모리, 내장형 전송 속도 발생기 및 FIFO 버퍼가 있습니다. 고속, 동기식 직렬 및 표준 비동기 직렬 포트를 제공합니다. 일부 슬라이스 내 통합 모듈 변환기 및 샘플링 유지 회로는 PWM 출력을 제공합니다. 더 달리 DSP 장치는 RISC 장치이며, 대부분의 명령은 하나의 명령 주기 내에 완료할 수 있으며, 병렬 처리 기술을 통해 하나의 명령 주기 내에 여러 명령을 완료할 수 있습니다. DSP 는 프로그램과 데이터에 동시에 액세스할 수 있는 별도의 프로그램과 데이터 공간이 있는 향상된 하버드 구조를 사용합니다. 내장 고속 하드웨어 곱셈기와 향상된 다중 레벨 파이프라인은 DSP 장치에 고속 데이터 컴퓨팅 기능을 제공합니다. 단일 칩 마이크로 컴퓨터는 복잡한 명령 시스템 컴퓨터 (CISC) 로, 대부분의 명령을 완료하려면 2 ~ 3 개의 명령 주기가 필요합니다. 단일 칩 마이크로 컴퓨터는 노이만 구조를 사용하며, 프로그램과 데이터는 같은 공간에서 액세스되며, 동시에 지침이나 데이터에만 개별적으로 액세스할 수 있습니다. ALU 는 덧셈만 할 수 있고 곱셈에는 소프트웨어 구현이 필요하므로 명령 주기가 많고 속도가 느립니다. 따라서 구조적 차이로 인해 DSP 장치는 16 비트 단일 칩 마이크로 컴퓨터보다 8 ~ 10 배 빠른 명령어를 실행하고 1 회 곱셈 및 덧셈을 완료하는 데 16 ~ 30 배 빠른 명령어를 실행할 수 있습니다. 간단히 말해서, DSP 부품은 컴퓨팅 기능이 매우 뛰어나며 단일 칩 마이크로 컴퓨터의 트랜잭션 처리 능력은 매우 강하다. DSP 장치는 또한 FFT 및 필터의 연산 속도를 높이기 위한 고도로 전용 명령어 세트를 제공합니다. 또한 DSP 장치는 JTAG(JointTest Action Group) 인터페이스를 제공하며 보다 발전된 개발 수단을 갖추고 있어 대량 생산 테스트를 용이하게 합니다.

모터 제어 시장의 점유율을 선점하기 위해 주요 DSP 업체들은 자체 임베디드 DSP 모터 전용 제어 회로를 출시했습니다. 예를 들어 DSP 시장의 45% 를 차지하는 텍사스 기기는 모터 컨트롤러 전용 DSP 인 TMS320C24X (TMS320F 24X 내부 ROM 삭제 가능) 를 출시했습니다. 새로운 TMS 320 c 24 DSP 는 TI 의 T320C2xLP 16 비트 포인팅 DSP 의 핵심을 사용하며 모터 제어 이벤트 관리자와 통합되어 있어 모터 회전을 가장 잘 전자적으로 제어할 수 있습니다. 이 장치는 TI 재사용 가능한 DSP 커널 기술을 사용하여 TI 의 특수한 기능을 표시합니다. 단일 칩에 DSP 커널과 디지털 및 혼합 신호 주변 장치를 통합하여 다양한 응용 프로그램용 DSP 솔루션을 만들 수 있습니다. 최초의 전용 DSP 시리즈의 디지털 모터 컨트롤러인 TMS320C24x 는 모터 스티어링, 명령 생성, 제어 알고리즘 처리, 데이터 교환 및 시스템 모니터링을 지원합니다. 통합 DSP 코어, 최적화된 모터 컨트롤러 이벤트 관리자 및 단일 칩 A/D 설계와 같은 여러 요소를 추가하여 단일 칩 디지털 모터 제어 체계를 제공할 수 있습니다. 이 시리즈의 TMS320F240 은 20MIPS DSP 코어 1 개, 이벤트 관리자 1 개, 직렬 인터페이스 2 개, 10 비트 아날로그-디지털 변환기 1 쌍, 32 비트 디지털 I/O 시스템 1 개, 워치독 타이머 1 개, 저전압 모니터 1 개,/KLOC 1 개로 구성됩니다. 호환성을 통한 시스템 업그레이드. TMS320C240 인코딩은 TI 의 TMS320Clx, TMX320C2x, TMS230C2xx 및 TMS320C5x 시리즈의 DSP 와 호환됩니다. TMS320 의 고정 소수점 DSP 소프트웨어 개발 도구와 JTAG 시뮬레이션 지원을 사용하여 모터 컨트롤러 분야의 개발자가 마이크로컨트롤러에서 새로운 DSP 로 쉽게 승격할 수 있습니다. 미국 아날로그 장비 (AD) 회사도 뒤처지지 않고 유명 인텔사와 협력하여 ADMC3xx 시리즈 모터 제어용 DSP 를 생산하는데, 성능은 Intel 회사와 크게 다르지 않다. AD 회사의 16 비트 포인팅 DSP 코어 ADSP2 17 1 디자인을 기반으로 합니다. 또한 3 상 PWM 생성기 (16 비트) 와 아날로그-디지털 변환기를 통합합니다. 다른 유명 DSP 제조업체로는 모토로라와 NEC 가 있습니다. DSP 기반 모터 ASIC 사용의 또 다른 이점은 센서와 같은 주변 장치에 대한 요구 사항을 줄일 수 있다는 것입니다. 복잡한 알고리즘은 동일한 제어 성능을 달성하고, 비용을 절감하고, 신뢰성이 높으며, 특허 기술의 기밀성에 도움이 됩니다.

때때로 시스템은 더 많은 로봇 상호 작용, 인쇄 등의 제어가 필요하다. DSP 는 감당할 수 없다. 이때 단일 칩 마이크로 컴퓨터로 트랜잭션을 처리하고 DSP 로 연산을 처리할 수 있다. 그러나 이는 두 프로세서 간의 동기화 및 통신 부담을 증가시킬뿐만 아니라 시스템의 실시간 성능을 악화시키고 시스템 개발 시간을 연장시킵니다. 이 경우 Tricore 는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 및 디지털 신호 프로세서의 기능을 하나의 칩에 집중시켜 하나의 칩에서 대부분의 엔지니어링 문제를 해결하는 좋은 방법입니다.