Реферат: Новое поколение изделий компании Texas Instruments для управляемого электропривода - Refy.ru - Сайт рефератов, докладов, сочинений, дипломных и курсовых работ

Новое поколение изделий компании Texas Instruments для управляемого электропривода

Рефераты по коммуникации и связи » Новое поколение изделий компании Texas Instruments для управляемого электропривода
Э Л Е М Е Н Т Н А Я Б А З А Э Л Е К Т Р О Н И К И
Новое поколение изделий компании Texas Instruments для управляемого электропривода
А.Лапин
В условиях сегодняшней популярности интеллек
туального электропривода, применяемого в раз
личных отраслях промышленности, бытовой тех
Instruments со стыковым интерфейсом к хост компьютеру или к системе высшего уровня отличаются повышенной конкурен тоспособностью и обеспечивают управление электродвигателями с высокими точностью и КПД. В комплекте с микросхемами и дру гими полупроводниковыми компонентами Texas Instruments постав ляет соответствующее программное обеспечение и организует его техническую поддержку.
нике и специальной аппаратуре, компания Texas
Instruments проводит собственную техническую
политику в этой области. Новые решения ведущей
фирмы сейчас востребованы отечественным поль
зователем, поскольку в России происходит бурное
развитие систем интеллектуального электроприво
да, обусловленное интересом к экономии энерго
ресурсов и внедрением мобильных систем.
РЕШЕНИЯ TEXAS INSTRUMENTS ДЛЯ УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Тенденции развития управляемого электропривода направлены на повышение КПД системы при снижении её себестоимости. Очередное продвижение в этом направлении возможно при вне дрении нового поколения продукции Texas Instruments – аналого вых и цифровых решений, высокопроизводительных цифровых сигнальных контроллеров, микропроцессоров с ультранизким по треблением, специализированных АЦП и ЦАП, интерфейсов CAN, RS 232, RS 485, предназначенных для промышленного оборудова ния, станков, бортовой и автомобильной аппаратуры, бытовой техники. Аналогово цифровые и цифроаналоговые решения Texas
Рис.1. Цифровые сигнальные контроллеры для управляемого элект
ропривода. C24x и C28x – серии приборов семейства TMS320C2000
К предлагаемым компанией изделиям для управляемого элект
ропривода относятся цифровые сигнальные микроконтроллеры семейства TMS320C2000, сочетающие высокую эффективность, широкий спектр выполняемых функций и низкие цены (рис.1). Их применение позволяет оптимизировать реактивную мощность, потребляемую электроприводом переменного тока от сети. А се мейство микроконтроллеров с ультранизким потреблением MSP430 идеально для применения в 16 бит системах управления электроприводом с высокими требованиями к энергетическим параметрам.
Табл. 1. Характеристики специализированных DSP контроллеров
Серия Формат данных Описание
TMS320C24x DSP 16 бит, SCI, SPI, CAN, 10 бит АЦП, менеджер событий,
фикс. точка сторожевой таймер, flash память, 20–40 MIPS
TMS320C28x DSP 32 бит, SCI, SPI, CAN, 12 –бит АЦП, менеджер событий,
фикс. точка сторожевой таймер, flash –память, до 150 MIPS
Табл. 2. Специализированные программные решения [4]
Система Двигатель Датчики Описание C24x C28x
ACI1 –1 Однофазный переменного тока Да Тахогенератор, VHz/SinePWM/Closed Loop Speed PID Да Нет
ACI3 1 Трехфазный переменного тока Да Тахогенератор, VHz/SinePWM/Closed Loop Speed PID Да Да
ACI3 2 Трехфазный переменного тока Нет MRAS (Датчик скорости), VHz/SinePWM/Closed Loop Speed PID Да Да
ACI3 3 Трехфазный переменного тока Да Тахогенератор, FOS/SinePWM/Closed Loop Current PID for D, Q/Closed Loop Speed PID Да Да
ACI3 –4 переменного тока Нет Датчик скорости, FOC/Sine PWM/Closed Loop Current PID for D, Q/losed Loop Speed PID Да Да
PMSM3 1 Трехфазный Синхронизированный Да QEP, FOC/Sine PWM/Closed Loop Current PID for D, Q/Closed Loop Speed PID Да Да
PMSM3 2 Трехфазный Синхронизированный Нет Sliding Mode Observer, Датчик положения, FOC/Sine PWM/Closed Loop Current PID for D, Да Да
Q/Closed Loop Speed PID
PMSM3 3 Трехфазный Синхронизированный Да Резольвер, FOC/Sine PWM/Closed Loop Current PID for D, Q/Closed Loop Speed PID Нет Да
PMSM3 4 Трехфазный Синхронизированный. Да QEP, FOC, управление положением Нет Да
BLDC3 1 Трехфазный Синхронизированный. Да Датчики Холла, Closed Loop Current PID for D, Q/Closed Loop Speed PID Да Да
BLDC3 2 Трехфазный Синхронизированный. Нет Датчик нулевого положения, Closed Loop Current PID for D, Q/Closed Loop Speed PID Да Да
DCmotor DC, щёточный Да Управление скоростью и положением Нет Да
Рис.3. Управляемый электропривод. Ядро систем цифровой сиг
нальный контроллер семейства TMS320C2000, работающий под упра влением пользовательской программы через CAN интерфейс. Управ ление электродвигателем осуществляется через гальваноразвязанную или негальваноразвязанную силовую часть. В цепь обратной связи от двигателя к контроллеру входит схема на основе датчика Холла, энкодера и цепи контроля напряжения питания двигателя. Узел Power Management контролирует питание системы для отработки аварийных ситуаций (запоминание текущего состояния, приведение механической части в безопасное состояние)
Рис.2. Программное обеспечение управляемого электропривода:
нижний уровень – монитор реального времени и BIOS; верхний уровень целевая программа пользователя; реализация – мо дульная библиотека функций, драйвера периферии и прочего
ПОЛНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АППАРАТНО ПРОГРАММНЫЕ РЕШЕНИЯ
Texas Instruments предлагает полнофункциональные решения для всех типов двигателей: синхронных с постоянным током (Permanent Magnet Synchronous Motors – PMSM), асинхронных переменного тока (AC Induction – ACI), бесщёточных постоянного тока (DC Brushless – BLDC), коммутируемых реактивных (Switched Reluctance – SR) и других. новременном снижении ее стоимости. Их применение облегчает наличие встроенных АЦП и специализированной периферии. Основные области применения микроконтроллеров семейства TMS320C2000 – промышленное и высокоответственное специаль ное оборудование.
Управление осуществляется с использованием обратной связи
от двигателя к контроллеру. Для реализации алгоритма управления предназначен программный пакет DMCLib, в который заложена поддержка ультрабыстрых прерываний и выполнение операций чтения – модификации – записи за один цикл. Удобство работы с пакетом и его многофункциональность обеспечивают высокую скорость разработки пользовательского ПО и системы в целом, а также их модификацию, что очень важно для современных рыно чных условий (рис.2) [1].
Производительность, низкое энергопотребление, гиб
кость в применении– основные свойства 16/32 бит сигнальных микроконтроллеров семейства TMS320C2000 (табл.1), делающие их идеальным вариантом для реализации автоматизированных уп равляемых электроприводов распределённых систем управления промышленного и специального назначения (рис.2,3). Микросхемы контроллеров компании Texas Instruments для управляемого элек тропривода базируются на запатентованной технологии цифровых сигнальных контроллеров C2000, отвечающих критериям мик росхем класса система на кристалле с высокой степенью интегра ции периферийных устройств и памяти, что позволяет уменьшить число используемых компонентов и площадь микросхемы при од
Рис.4. Структурная схема цифровых сигнальных
Табл. 3. Инструменты разработчика [4] контроллеров TMS320C28x.
Наименование Обозначение Описание
LF240A eZdsp TMDSEZD2401/TMDSEZD2401 0E Code Composer Studio™ v2.21 DSK version
LF2407A EVM Development Bundle TMDS3P70106A/TMDS3P70106AE Code Composer Studio (CCStudio) v2.2, XDS510PP+
LF2407 eZdsp TMDSEZD2407/TMDSEZD2407 0E CCStudio v2.21 DSK version
F2812 eZdsp TMDSEZD2812/TMDXEZD2812 E CCStudio v2.12 DSK version
F2812 eZdsp (DSP in Socket) TMDSEZS2812/TMDXEZS2812 0E CCStudio v2.12 DSK version
R2812 eZdsp Starter Kit TMDXEZR2812/TMDXEZR2812 OE CCStudio, USB cable, 256 Kbit socket EEPROM
DMC1500 Spectrum Digital 701228/9 Driver platform for AC induction/DC brushless, switch reluctance motors
DMC550 Spectrum Digital 701230 Driver platform for DC brushless motors
F2812 комплект средств проектирования TMDSEVP2812/TMDXEVP2812 0E F2812 eZdsp (DSP in socket), CCStudio v2.2, XDS510PP+
с эмулятором XDS510PP+ F2812 Комплект средств проектирования
TMDSEVU2812/TMDXEVU2812 0E F2812 eZdsp (DSP in socket), CCStudio v2.2, XDS510™ USB Emulator
с USB эмулятором
Рис.6. Стартовый комплект
eZdsp DSP Starter Kit
полняется на языке C/C++, обеспечивающем генерацию высокоэффективного кода при кладной программы.
Рис.7. Плата контроллера
электродвигателя DMC550
Микросхемы серии TMS320C24x (рис.5) – 16 бит микроконтрол
леры, предназначенные для недорогих систем высокоэффектив ного управляемого электропривода с отличными массогабаритны ми характеристиками. Производительность 20–40 MIPS наряду с встроенной flash памятью позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления. Благодаря этому разработчики могут ис пользовать более эффективные двигатели меньших габаритов, предоставляя заказчикам высокопроизводительные, энергосбе регающие, "тихие" системы. Микросхемы серии – лидеры на рын ке по соотношению цена качество.
Рис.5. Блок схема цифрового сигнального контроллера
TMS320LF2407A, входящего в серию TMS320C24 Аппаратные и программные инструменты разработчика. Расширения
Недорогие сигнальные контроллеры производительностью до 150 MIPS именно для вашего приложения
Texas Instruments предлагает полнофункциональные инструмен ты для разработчиков автоматизированного электропривода (табл.2,3) [2]. К ним относятся следующие:
TMS320F2810, TMS320F2811 и TMS320F2812 (рис.4) – первые промышленные 32 бит микроконтроллеры с возможностью ис пользования внешней flash памяти и с производительностью до 150 MIPS. Серия С28x – мировой лидер на рынке изделий для высококачественных сложных управляемых электроприводов. Характеристики микроконтроллеров серии оптимизированы именно для этого приложения. Предусмотрена поддержка обратной связи через датчики в условиях работы электропривода в распределённой системе управления (см. рис.3). Учитываются современные требо вания к регулированию фактора мощности. Программирование вы
• плата контроллера электродвигателя DM1500, совместимая с комплектом разработчика LF2407 и F2812eZdsp Starter Kit (рис.6). Предусмотрен цифровой ввод/вывод с гальваноразвя зкой. Силовые цепи постоянного тока рассчитаны на номиналь ное напряжение 350 В и номинальный ток 5 А (1 А в импульсе). Поддерживает двигатели ACI, BLDC, SR;
• плата контроллера электродвигателя DMC550 (рис.7), совмести мая с комплектом разработчика LF2407 и F2812eZdsp Starter Kit.
Табл. 4. Некоторые совместимые с TMS320C24x/C28x продукты независимых производителей [5]
Фирма Категория продукта Продукт
Softronics Инструментальные платы и эмуляторы Эмуляторы, целевые платы, Flash –комплект
Spectrum Digital Инструментальные платы и эмуляторы Эмуляторы, оценочные платы, макетные платы
Technosoft Инструментальные платы и алгоритмы Разработчик цифровых систем управления электродвигателями, комплект проектирования
International Rectifier Инструментальные платы Система проектирования iNTERO
NFO Control AB Инструментальные платы Услуги по разработке аппаратных и программных средств
Hyperception Графическая среда разработки RIDE, VAB
MathWorks Графическая среда разработки MATLAB, SIMULINK, комплекты проектировщика
Visual Solutions Графическая среда разработки VisSim™ – Высокоскоростная программа созДания опытного образца на базе DSP микроконтроллеров C2000 компанииTI
ML Electronics Инженерный сервис Разработка аппаратных и программных средств
Aria Controls Инженерный сервис Разработка аппаратных и программных средств
Wiley Electronics Инженерный сервис Библиотеки и платы управления двигателями
d3 Engineering Инженерный сервис Разработка аппаратных и программных средств
Port GmbH CAN драйвера ANSI C пакет драйвера CANopen
Schmidhauser AG CAN драйвера Dynamic Transverse Controller, ACS Servo Controller
Vector CANtech CAN драйвера Комплекты программ для изготовителей сложного автомобильного оборудования
ETAS Операционные системы OSEK compliant
Pumpkin Операционные системы Salvo
Windmill Innovations Инструментальные платы и Ethernet TCP/IP Stack
National Instruments Графическая среДа разработки LabVIEW
Data I/O Программирование Flash памяти Программаторы
BP Microsystems Программирование Flash памяти Программаторы
Табл. 5. Характеристики микроконтроллеров семейства MSP430
нование* Наиме программ –память Flash Объем памяти, Кбайт памяти, Объем Кбайт ввод/выв кретный од, бит Дис ЖКД (число сегментов Драйвер дисплея таймер, 16 бит Сторо жевой Число ка таймера, 16 –бит налов B каналов USART, число I 2 C SVS Сброс MPY Компара тор АЦП каналов 12 бит Число ЦАП Корпус
MSP430F1101A 1 128 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430C1101 1 128 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430F1111A 2 128 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430C1111 2 128 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430F1121A 4 256 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430C1121 4 256 14 – + – – – – – – + Slope – 20DGV, DW, PW, 24RGE
MSP430F1122 4 256 14 – + – – – – + – – – 20DW, PW, 32RHB
MSP430C1122 MSP430F1132 4 8 256 256 14 14 – – + + – – – – – – – – + + – – – – 10 бит, 8 каналов – – 20DW, PW, 20DW, PW 32RHB
MSP430C1132 8 256 14 – + – – – – + – – – 20DW, PW
MSP430F122 4 256 22 – + – 1 – – – – + Slope – 28DW, PW, 32RHB
MSP430F123 8 256 22 – + – 1 – – – – + Slope – 28DW, PW, 32RHB
MSP430F1222 4 256 22 – + – 1 – – + – – 10 бит, 8 каналов – 28DW, PW, 32RHB
MSP430F1232 8 256 22 – + – 1 – – + – – 10 бит, 8 каналов – 28DW, PW, 32RHB
MSP430F133 8 256 48 – + 3 1 – – – – + 12 бит, 8 каналов – 64PM, RTD, PAG
MSP430C1331 8 256 48 – + 3 1 – – – – + slope – 64PM, RTD
MSP430F135 16 512 48 – + 3 1 – – – – + 12 бит, 8 каналов – 64PM, RTD, PAG
MSP430C1351 16 512 48 – + 3 1 – – – – + Slope – 64PM, RTD
MSP430F147 32 1024 48 – + 7 2 – – – + + 12 бит, 8 каналов – 64PM, RTD, PAG
MSP430F1471 32 1024 48 – + 7 2 – – – + + Slope – 64PM, RTD
MSP430F148 48 2048 48 – + 7 2 – – – + + 12 бит, 8 каналов – 64PM, RTD, PAG
MSP430F1481 48 2048 48 – + 7 2 – – – + + Slope – 64PM, RTD
MSP430F149 60 2048 48 – + 7 2 – – – + + 12 бит, 8 каналов – 64PM, RTD, PAG
MSP430F1491 60 2048 48 – + 7 2 – – – + + Slope – 64PM, RTD
MSP430F155 16 512 48 – + 3 1 + + + – + 2 64PM
MSP430F156 24 1024 48 – + 3 1 + + + – + 2 64PM
MSP430F157 32 1024 48 – + 3 1 + + + – + 2 64PM
MSP430F167 32 1024 48 – + 7 2 + + + + + 2 64PM
MSP430F168 48 2048 48 – + 7 2 + + + + + 12 бит, 8 каналов 2 64PM
MSP430F169 60 2048 48 – + 7 2 + + + + + 2 64PM
MSP430F1610 32 5120 48 – + 7 2 + + + + + 2 64PM
MSP430F1611 48 10240 48 – + 7 2 + + + + + 2 64PM
MSP430F1612 55 5120 48 – + 7 2 + + + + + 2 64PM
MSP430F412 4 256 48 + (96) + – – – + + – + – 64PM, RTD
MSP430C412 4 256 48 + (96) + – – – + + – + Slope – 64PM, RTD
MSP430F413 8 256 48 + (96) + – – – + + – + – 64PM, RTD
MSP430C413 8 256 48 + (96) + – – – + + – + – 64PM, RTD
MSP430F423 8 256 14 + (128) + – 1 – + + – – – 64PM
MSP430F425 16 512 14 + (128) + – 1 – + + – – 3 канала** 16 бит, – 64PM
MSP430F427 32 1024 14 + (128) + – 1 – + + – – – 64PM
MSP430F435 16 512 48 + (128/160) + 3 1 – + + – + – 80PN, 100PZ
MSP430F436 24 1024 48 + (128/160) + 3 1 – + + – + – 80PN, 100PZ
MSP430F437 32 1024 48 + (128/160) + 3 1 – + + – + 12 бит,8 каналов – 80PN, 100PZ
MSP430F447 32 1024 48 + (160) + 7 2 – + + + + – 100PZ
MSP430F448 48 2048 48 + (160).. + 7 2 – + + + + – 100PZ
MSP430F449 60 2048 48 + (160).. + 7 2 – + + + + – 100PZ
Примечание: * C– для приборов с памятью программ на ПЗУ, F– для приборов с flash памятью программ. **Сигма дельта АЦП.
приложений. Микропроцессоры семейства пред ставляют собой систему на кристалле, предназна ченную для измерительных систем с батарейным питанием, их основное назначение – анализ ана логовых и дискретных сигналов и управление ис полнительными устройствами. Гибкий генератор с цифровым управлением позволяет переходить из состояния ожидания в высокопроизводительный активный режим обработки сигнала менее чем за 6 мкс.
Самым высоким уровнем интеграции аналого
вых устройств в сочетании с наименьшим в про мышленности энергопотреблением отличаются микросхемы серий MSP430F43x/MSP430F44x, представляющие собой завершенную систему на кристалле со встроенной flash памятью [5].
Рис.8. Структурная схема цифрового сигнального контроллера
MSP430F449 Flash микроконтроллер MSP430F449 (рис.8), входящий в серию,
характеризуется самой низкой потребляемой энергией для ре шений система на кристалле и предназначен для реализации встроенных средств сбора и отображения данных в индустриальных приложениях. Микросхема MSP430F449 содержит высокопроиз водительный микроконтроллер (200 Квыборок/с), 12 бит АЦП и драйвер ЖК дисплея. 16 бит RISC процессор позволяет реализо вывать новые приложения с минимальным увеличением размера кода. В состав микросхемы входят также flash память программ и данных емкостью 60 Кбайт и 256 байт, соответственно, и ОЗУ емкостью 2 Кбайт. Программируемая в системе flash память про грамм позволяет вносить изменения в код "в последнюю минуту" и модернизировать устройство в условиях эксплуатации. Потребляе мый ток микросхемы не превышает 1 мкА (в "спящем" режиме), что и обеспечивает экономию ресурса батарей [6].
Силовые цепи постоянного тока рассчитаны на напряжение 24 В и ток 2,5 А. Поддерживает двигатели BLDC.
Стартовые комплекты и платы прототипы позволяют быстро вне
дрять системы управления на базе микроконтроллеров семейства С2000 в уникальное оборудование, надёжно и быстро разрабатывать серийное оборудование.
О стабильности и популярности продукции TI свидетельствуют
представленные на рынке совместимые продукты независимых производителей (табл.4) [4].
СИГНАЛЬНЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ С УЛЬТРАНИЗКОЙ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТЬЮ СЕМЕЙСТВА MSP430
Микроконтроллеры с ультранизкой потребляемой мощностью семейства MSP430 содержат 16 бит RISC процессорное ядро об работки смешанного сигнала и различные наборы периферийных устройств, обеспечивающих выполнение требований конкретных
Flash микроконтроллер MSP430F169 – первая в промышленно
сти микросхема на основе процессорного ядра с ультранизким энергопотреблением, позволяющим реализовать систему на кри сталле, предназначенную для оборудования с батарейным питанием (рис.9). При напряжении питания 2,2 В ток, потребляемый в актив ном режиме, составляет 330 мкА, в режиме ожидания – 1,1 мкА, в нерабочем режиме – 0,2 мкА. В состав микросхемы входят 8 ка нальный 16 бит АЦП с производительностью 2000 Квыборок/с, компаратор, таймер, два порта UART интерфейса, порт I2C ин терфейса, 16 бит аппаратный умножитель (удобный для спек трального анализа и других приложений), супервизор на пряжения питания. Для вывода аналоговых данных в её состав включён двухканальный ЦАП. Объем flash памяти программ и дан ных 60К и 256 байт, соответственно, ОЗУ 2 Кбайт. Обмен массива ми данных обеспечивает встроенный контроллер прямого доступа к памяти [7].
Рис.10. Внешний вид flash эму
лятора.
Микросхема идеально подходит для приложений с ограничени
ями по потребляемой мощности, массогабаритным характеристи кам, себестоимости.
Контроллеры семейства MSP430 могут быть укомплектованы
эмулятором flash памяти MSP FET430 Flash Emulation Tool, который содержит эмулятор памяти реального времени (через интерфейс JTAG), все необходимые кабели и переходники, а также программ ное обеспечение (ассемблер, линкер, симулятор, C компилятор, рис. 10, табл. 5).
Рис. 9. Структурная схема цифрового сигнального контроллера
MSP430F169
ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 6/2005 8