मल्टी-अक्ष मोटर नियंत्रण

मल्टी-अक्ष मोटर नियंत्रण

परंपरागत रूप से, औद्योगिक मोटर नियंत्रण अनुप्रयोग मोटर नियंत्रण के लिए आवश्यक जटिल एल्गोरिदम चलाने के लिए माइक्रोकंट्रोलर या डीएसपी का उपयोग करते हैं। अधिकांश पारंपरिक औद्योगिक ड्राइवों में, डेटा अधिग्रहण और फास्ट-एक्शन सुरक्षा के लिए एफपीजीए का उपयोग माइक्रोकंट्रोलर या डीएसपी के साथ किया जाता है। । डेटा अधिग्रहण, पीडब्ल्यूएम पीढ़ी, और सुरक्षा तर्क के अलावा, एफपीजीए ने पारंपरिक रूप से मोटर नियंत्रण एल्गोरिदम लागू करने में एक प्रमुख भूमिका निभाई है।

एक माइक्रोकंट्रोलर या डीएसपी का उपयोग कर मोटर नियंत्रण एल्गोरिदम लागू करने की विधि स्वतंत्र गति (बहु-अक्ष मोटर नियंत्रण) पर चलने वाले कई मोटरों तक आसानी से विस्तारित नहीं होती है। माइक्रोस्कोटेक स्मार्टफ्यूजन 2 एसओसीएफपीजीए को एक ही डिवाइस का उपयोग करके बहु-अक्ष मोटर ड्राइव के साथ एकीकृत और एकीकृत किया जा सकता है। नियंत्रण

नियंत्रण दो भागों में विभाजित किया जा सकता है। एक भाग क्षेत्र उन्मुख नियंत्रण (एफओसी) एल्गोरिदम, गति नियंत्रण, वर्तमान नियंत्रण, गति अनुमान, स्थिति अनुमान, और पीडब्लूएम पीढ़ी चलाने के लिए प्रयोग किया जाता है; दूसरे भाग में गति प्रोफाइल, भार विशेषताओं, प्रक्रिया नियंत्रण, और सुरक्षा (दोष और अलार्म) शामिल हैं। एफओसी एल्गोरिदम का कार्यान्वयन समय महत्वपूर्ण है और इसे बहुत अधिक नमूनाकरण दर (माइक्रोसॉन्ड रेंज में) पर किया जाना चाहिए, खासतौर पर हाई स्पीड मोटर्स के लिए कम स्टेटर अधिष्ठापन के साथ। यह एफपीजीए में एफओसी एल्गोरिदम लागू करने के लिए और अधिक फायदेमंद बनाता है। प्रक्रिया नियंत्रण, गति प्रोफाइल, और अन्य सुरक्षा के लिए तेज़ अपडेट की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए उन्हें कम नमूना दर (मिलीसेकंड रेंज में) पर निष्पादित किया जा सकता है और अंतर्निहित कॉर्टेक्स-एम 3 उपप्रणाली में प्रोग्राम किया जा सकता है।

ट्रांजिस्टर स्विचिंग अवधि ड्राइव में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यदि एफओसी पाश निष्पादन समय स्विचिंग अवधि से बहुत छोटा है, तो हार्डवेयर मॉड्यूल को दूसरी मोटर के वोल्टेज की गणना करने के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है। इसका मतलब है कि डिवाइस एक ही कीमत पर उच्च प्रदर्शन प्रदान कर सकता है।

(1) मोटर नियंत्रण आईपी मॉड्यूल। चित्रा 3 सेंसरलेस फ़ील्ड उन्मुख नियंत्रण एल्गोरिदम दिखाता है, जिस पर इस खंड में चर्चा की गई है और आईपी कोर के रूप में प्रदान की जाती है।

● पीआई नियंत्रक। एक आनुपातिक-अभिन्न (पीआई) नियंत्रक सिस्टम पैरामीटर को नियंत्रित करने के लिए एक प्रतिक्रिया तंत्र है। इसमें दो समायोज्य लाभ पैरामीटर हैं- आनुपातिक और अभिन्न लाभ स्थिरांक-जो नियंत्रक की गतिशील प्रतिक्रिया को नियंत्रित करते हैं। पीआई नियंत्रक का आनुपातिक घटक आनुपातिक लाभ निरंतर और त्रुटि इनपुट का उत्पाद है, और अभिन्न घटक संचयी त्रुटि का उत्पाद है और अभिन्न लाभ स्थिर है। इन दो घटकों को एक साथ जोड़ा जाता है। पीआई नियंत्रक का एकीकरण चरण सिस्टम में अस्थिरता का कारण बन सकता है क्योंकि डेटा मान अनियंत्रित रूप से बढ़ते हैं। डेटा में इस अनियंत्रित वृद्धि को अभिन्न संतृप्ति कहा जाता है, और सभी पीआई नियंत्रक कार्यान्वयन में यह सुनिश्चित करने के लिए एक विरोधी जमे हुए तंत्र शामिल है कि नियंत्रक आउटपुट सीमित है। माइक्रोसेमी के पीआई नियंत्रक आईपी मॉड्यूल एंटी-शेकिंग के लिए होल्ड-ऑन-संतृप्ति एल्गोरिदम का उपयोग करता है। यह मॉड्यूल प्रारंभिक आउटपुट मान सेट करने के लिए अतिरिक्त सुविधाएं भी प्रदान करता है।

• फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल (एफओसी)। एफओसी एक एल्गोरिदम है जो टोक़ और चुंबकीयकरण वर्तमान घटकों को स्वतंत्र रूप से निर्धारित और नियंत्रित करके मोटर को इष्टतम प्रवाह प्रदान करता है। एक स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर (पीएमएसएम) में, रोटर चुंबकीय बना दिया गया है। इसलिए, मोटर को आपूर्ति की जाने वाली वर्तमान केवल टोक़ के लिए उपयोग की जाती है। एफओसी एक कम्प्यूटेशनल गहन एल्गोरिदम है, लेकिन माइक्रोसेमी के मोटर नियंत्रण संदर्भ डिजाइन को डिवाइस संसाधनों के इष्टतम उपयोग के लिए बनाया गया है। एफओसी एल्गोरिदम में क्लार्क, पार्क, व्यस्त क्लार्क, और व्यस्त पार्क ट्रांसफॉर्म शामिल है।

● कोण अनुमान। एफओसी में एक इनपुट रोटर कोण है। कम बिजली की खपत सुनिश्चित करने के लिए रोटर कोण का सटीक निर्धारण आवश्यक है। भौतिक सेंसर जोड़ना जो स्थिति और गति को निर्धारित करता है सिस्टम लागत और विश्वसनीयता बढ़ता है। सेंसरलेस एल्गोरिदम सेंसर को खत्म करने में मदद करते हैं लेकिन कम्प्यूटेशनल जटिलता में वृद्धि करते हैं। माइक्रोसेमी सेंसर रहित नियंत्रण के लिए दो कोण गणना एल्गोरिदम आईपी मॉड्यूल प्रदान करता है-एक लुएनबर्गर पर्यवेक्षक पर आधारित होता है और दूसरा प्रत्यक्ष पीठ ईएमएफ गणनाओं के आधार पर होता है। कंपनी हॉल सेंसर और एन्कोडर्स के आधार पर एक अलग संदर्भ डिजाइन भी प्रदान करती है।

● पीएलएल। पीएलएल संकेतों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए प्रयोग किया जाता है और कई अनुप्रयोगों में उपयोगी होता है, जैसे इन्वर्टर और ग्रिड सिंक्रनाइज़ेशन के कोण अनुमान।

● सीमा limiter। दर limiter मॉड्यूल सिस्टम चर या इनपुट में चिकनी परिवर्तन लागू कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, मोटर नियंत्रण प्रणाली में, यदि मोटर द्वारा आवश्यक गति अचानक बदल जाती है, तो सिस्टम अस्थिर हो सकता है। ऐसी परिस्थितियों से बचने के लिए, रेट लिमिटर मॉड्यूल प्रारंभिक गति से वांछित गति तक संक्रमण के लिए उपयोग किया जाता है। परिवर्तन की दर को नियंत्रित करने के लिए रेट लिमिटर मॉड्यूल को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।

● अंतरिक्ष वेक्टर मॉडुलन। अंतरिक्ष वेक्टर मॉडुलन मॉड्यूल डीसी बस उपयोग में सुधार करता है और ट्रांजिस्टर स्विच से छोटे दालों को समाप्त करता है। चूंकि ट्रांजिस्टर टर्न-ऑन / टर्न-ऑफ समय पल्स अवधि से अधिक लंबा होता है, इसलिए छोटे दालों में गलत स्विचिंग व्यवहार हो सकता है।

● तीन चरण पीडब्लूएम पीढ़ी। सभी गणनाओं के अंत में, एक तीन चरण मोटर वोल्टेज उपलब्ध है। इन वोल्टेज का उपयोग इन्वर्टर में ट्रांजिस्टर के स्विचिंग सिग्नल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। पीडब्लूएम मॉड्यूल छह (तीन उच्च-पक्ष और तीन निचले पक्ष) ट्रांजिस्टर के लिए स्विचिंग सिग्नल उत्पन्न करता है जिसमें उन्नत समय जैसे मृत समय और देरी का समय सम्मिलन होता है। प्रोग्राम करने योग्य मृत समय सम्मिलन सुविधा इन्वर्टर पिन पर विनाशकारी शॉर्ट सर्किट से बचने में मदद करती है। प्रोग्राम करने योग्य देरी समय सम्मिलन सुविधा एडीसी माप को पीडब्लूएम सिग्नल पीढ़ी के साथ सिंक्रनाइज़ करने की अनुमति देता है। मॉड्यूल को एक इन्वर्टर के साथ संचालित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है जिसमें केवल एन-एमओएसएफईटी या एन-एमओएसएफईटी और पी-एमओएसएफईटी दोनों शामिल एक इन्वर्टर शामिल है।

(2) एसओसी में एफपीजीए डिज़ाइन डीबग करें। सामान्य रूप से, माइक्रोकंट्रोलर पर एक डिज़ाइन डिबग करना एक एफपीजीए पर डिबगिंग से अपेक्षाकृत सरल है। एसओसी में, आप माइक्रोकंट्रोलर में तेज़ डीबगिंग के फायदे बनाए रखते हुए एफपीजीए के उच्च प्रदर्शन का लाभ उठा सकते हैं। माइक्रोसैमिटेक स्मार्टफ्यूजन 2 में माइक्रोक्रोनरोलर सबसिस्टम और एफपीजीए आर्किटेक्चर एसओसीएफपीजीए एएमबीएपीबी या एक्सएआई बस के माध्यम से एक दूसरे के साथ संवाद कर सकता है। यह परीक्षण डेटा को एफपीजीए कपड़े में इंजेक्शन देने या एफपीजीए कपड़े से डेटा डीबग करने की अनुमति देता है ताकि रनटाइम के लिए आंतरिक डेटा और रीयल-टाइम डिबगिंग के लिए विज़ुअलाइज़ किया जा सके। फर्मवेयर कोड को एक ही चरण में चलाया जा सकता है, और एफपीजीए रजिस्टर डेटा का विश्लेषण करने के लिए कोड में ब्रेकपॉइंट्स सेट किए जा सकते हैं।

स्मार्टफ्यूजन 2 एसओसीएफपीजीए पर आधारित बहु-अक्ष मोटर नियंत्रण समाधान यूएसबी के माध्यम से मेजबान पीसी से जुड़ा हुआ है और मोटर को शुरू / बंद करने, मोटर गति मूल्यों और अन्य सिस्टम पैरामीटर सेट करने के लिए ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) के साथ संचार करता है, और चार तक आकर्षित करता है सिस्टम चर, जैसे कि मोटर स्पीड, मोटर वर्तमान और रोटर कोण (चित्रा 4)।

(3) पारिस्थितिकी तंत्र। माइक्रोसेमी आईपी पुस्तकालयों का एक समृद्ध सेट प्रदान करता है, जिसमें पहले कई मोटर नियंत्रण कार्यों सहित चर्चा की गई थी। इन मॉड्यूल को आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है और माइक्रोसेमी उपकरणों में पोर्ट किया जा सकता है। इन मॉड्यूल को ग्राफिक रूप से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है और लाइबेरोएसओसी सॉफ़्टवेयर के स्मार्टडिज़ाइन टूल का उपयोग करके कनेक्ट किया जा सकता है। इन आईपी ब्लॉक के साथ, डिजाइनर एफपीजीए में मोटर नियंत्रण एल्गोरिदम लागू करने के लिए आवश्यक समय को काफी कम कर सकते हैं।

इन आईपी मॉड्यूल का परीक्षण 30,000 आर / मिनट और 200 किलोहर्ट्ज स्विचिंग आवृत्ति पर चलने वाले मोटरों पर किया गया है।

औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल

औद्योगिक नेटवर्क में प्रवृत्ति तेज नेटवर्क संचार का उपयोग करके पॉइंट-टू-पॉइंट संचार को प्रतिस्थापित करना है। ऐसे उच्च स्पीड संचार प्राप्त करने के लिए उच्च बैंडविड्थ के लिए समर्थन की आवश्यकता होती है, जो माइक्रोकंट्रोलर या डीएसपी के लिए आसान नहीं है जो एक साथ मोटर नियंत्रण एल्गोरिदम को संसाधित करता है। ज्यादातर मामलों में, प्रत्येक मोटर नियंत्रक के साथ संचार को संभालने के लिए एक अतिरिक्त माइक्रोकंट्रोलर या एफपीजीए का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले ईथरनेट-आधारित प्रोटोकॉल प्रोफिनेट, ईथरनेट / आईपी और ईथर कैट मानक हैं, जो अभी भी विकसित हो रहे हैं। अन्य प्रोटोकॉल में सीएएन और मॉडबस शामिल हैं। इस मामले में एसओसी का उपयोग करने का लाभ एक ही एफपीजीए मंच पर कई औद्योगिक ईथरनेट प्रोटोकॉल मानकों का समर्थन करना है।

अंत सिस्टम लक्ष्यों के आधार पर, सिस्टम की लागत को आईपी और प्रोटोकॉल स्टैक (संचार के लिए) का उपयोग करके या हार्डवेयर (एफपीजीए) और सॉफ्टवेयर (एआरएमसीओआरएक्स-एम 3 सबसिस्टम) में सावधानीपूर्वक सीमांकन करके ऑप्टिमाइज़ किया जा सकता है।

माइक्रोसेमी के स्मार्टफ्यूजन 2 एफपीजीए ने माइक्रोकंट्रोलर सबसिस्टम के हिस्से के रूप में सीएएन, हाई स्पीड यूएसबी और गिगाबिट ईथरनेट मॉड्यूल बनाया है। उच्च गति SERDES मॉड्यूल का उपयोग सीरियल डेटा स्थानांतरण से जुड़े प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए किया जाता है।

सुरक्षा

SmartFusion2 SoCFPGA डिवाइस में कई डिज़ाइन और डेटा सुरक्षा सुविधाएं हैं। डीपीए प्रमाणीकरण एंटी-टैपर सुरक्षा और एन्क्रिप्शन सुविधाओं जैसे डिज़ाइन सुरक्षा सुविधाएं ग्राहकों की बौद्धिक संपदा की रक्षा में सहायता कर सकती हैं। एससीएफपीजीए डिवाइस में डेटा सुरक्षा सुविधाओं जैसे ईसीसी हार्डवेयर त्वरक, एईएस-128/256 और एसएचए -256 सेवाएं भी शामिल हैं। डेटा सुरक्षा के लिए, EnforcITIPSuite और CodeSEAL सॉफ़्टवेयर सुरक्षा घटकों का उपयोग किया जा सकता है। EnforcITIP में एक अनुकूलन कर्नेल (नेटलिस्ट के रूप में) शामिल है जो प्रभावी रूप से सुरक्षा परत को हार्डवेयर पर ले जाता है। कोडेसेल फर्मवेयर में countermeasures इंजेक्शन, स्वतंत्र रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है, या EnforcIT के लिए एक वृद्धि के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

कार्यान्वयन प्रोटोकॉल की लचीलापन डिजाइनरों को केंद्रीय निगरानी नियंत्रक से प्रवेश जानकारी को प्रमाणित करने के लिए सुरक्षा की कई परतों का उपयोग करने की अनुमति देती है।

विश्वसनीयता

कई बाजारों में सुरक्षा मानकों की वृद्धि उच्च विश्वसनीयता की मांग को प्रेरित करती है। SmartFusion2 को उच्च उपलब्धता, सुरक्षा महत्वपूर्ण और मिशन महत्वपूर्ण प्रणालियों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। SmartFusion2 SoCFPGA द्वारा प्रदान की जाने वाली कुछ विश्वसनीयता सुविधाओं में से कुछ निम्नलिखित हैं।

(1) एकल घटना परेशान (एसईयू) प्रतिरक्षा शून्य एफआईटी दर विन्यास। उच्च विश्वसनीयता संचालन के लिए एसईयू प्रतिरक्षा शून्य एफआईटी दर एफपीजीए कॉन्फ़िगरेशन की आवश्यकता होती है, स्मार्टफ्यूजन 2 आर्किटेक्चर में अल्फा या न्यूट्रॉन विकिरण से प्रतिरक्षा है क्योंकि यह रूटिंग मैट्रिस और तर्क ब्लॉक में उपयोग किए गए ट्रांजिस्टर को कॉन्फ़िगर करने के लिए फ्लैश मेमोरी का उपयोग करता है। एसआरएएम आधारित एफपीजीए में 1k से 4k के समुद्र स्तर पर एक एफआईटी (समय-विफलता) दर हो सकती है, जो समुद्र तल से 5000 फीट से अधिक है। इन अनुप्रयोगों के लिए स्मार्टफ्यूजन 2 आदर्श बनाने, उच्च विश्वसनीयता अनुप्रयोग 20 से नीचे एफआईटी दरों को स्वीकार कर सकते हैं।

(2) ईडीएसी सुरक्षा। SmartFusion2 डिवाइस में एक त्रुटि जांच और सुधार (ईडीएसी) नियंत्रक है जो माइक्रोकंट्रोलर सबसिस्टम (एमएसएस) मेमोरी में एकल-ईवेंट रोलओवर त्रुटियों को रोकता है।

(3) कोई बाहरी विन्यास डिवाइस नहीं। बड़ी संख्या में एफपीजीए वाले जटिल प्रणालियों में, बाहरी रूप से कॉन्फ़िगर किए गए डिवाइसों का उपयोग करके विश्वसनीयता कम हो जाती है। पावर-अप पर, एफपीजीए को कॉन्फ़िगर करने में समय लगता है, जो कई एफपीजीए उपकरणों का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों में डिज़ाइन जटिलता पेश करता है। SmartFusion2 SoC FPGA में डिवाइस के अंदर कॉन्फ़िगरेशन मेमोरी शामिल है, जो डिवाइस को चालू होने पर इसे चालू करने का अतिरिक्त लाभ प्रदान करता है।

(4) सैन्य तापमान वर्ग उपकरण। स्मार्टफ्यूजन 2 एसओसीएफपीजीए डिवाइस पूरी तरह से सैन्य तापमान की स्थिति के लिए परीक्षण किया जाता है। सैन्य-ग्रेड उपकरणों में सुरक्षा सुविधाओं और डेटा सुरक्षा सुविधाओं के साथ 10k और 150k तर्क इकाइयां होती हैं जो क्रिप्टोग्राफिक त्वरक तक पहुंच की अनुमति देती हैं।

सारांश में

माइक्रोस्कोटेक स्मार्टफ्यूजन 2 एसओसीएफपीजीए औद्योगिक डिजाइनों के टीसीओ को कम करने वाली कई विशेषताओं को प्रदान करने के लिए कई अत्यधिक अनुकूलित मोटर नियंत्रण आईपी ब्लॉक और सिद्ध संदर्भ डिजाइन का उपयोग करता है। माइक्रोकंट्रोलर से माइग्रेट करने वाले ग्राहक पुराने कोड का पुन: उपयोग करने में सक्षम होंगे, और एफपीजीए डिज़ाइनर एक कुशल आर्किटेक्चर बनाने के लिए एफपीजीए कपड़े और एआरएमसीओआरएक्स-एम 3 उपप्रणाली का लाभ उठाने में सक्षम होंगे जो मोटर नियंत्रण मॉड्यूल और संचार मॉड्यूल को एक साथ रहने की अनुमति देता है एक ही डिवाइस में एआरएम कॉर्टेक्स-एम 3 माइक्रोकंट्रोलर उपप्रणाली की उपस्थिति प्रदर्शन और लागत के अनुकूलन के दौरान लचीली डिज़ाइन और बुद्धिमान विभाजन को सक्षम करती है। माइक्रोकंट्रोलर उपप्रणाली एफपीजीए डिज़ाइन डीबग करने के लिए रनटाइम पर डेटा इंजेक्ट और रिकॉर्ड करती है। SmartFusion2 प्लेटफ़ॉर्म औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए विकल्पों की एक विस्तृत श्रृंखला भी प्रदान करता है। यह डिज़ाइन और डेटा सुरक्षा के साथ-साथ ऐसी सुविधाएं भी प्रदान करता है जो उच्च विश्वसनीयता आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। स्मार्टफ्यूजन 2 उपकरणों के परिवार को शक्तिशाली पारिस्थितिक तंत्र समर्थन द्वारा समर्थित किया जाता है ताकि ग्राहकों को न्यूनतम टीसीओ के साथ औद्योगिक समाधान विकसित करने में मदद मिल सके।