Microsemi UG0612 Controller velocità ID IQ PI
A proposito di Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) offre un portafoglio completo di semiconduttori e soluzioni di sistema per i mercati aerospaziale e della difesa, delle comunicazioni, dei data center e industriale. I prodotti includono circuiti integrati analogici a segnale misto ad alte prestazioni e resistenti alle radiazioni, FPGA, SoC e ASIC; prodotti per la gestione dell'alimentazione; dispositivi di cronometraggio e sincronizzazione e soluzioni temporali precise, che stabiliscono lo standard mondiale per il tempo; dispositivi di elaborazione vocale; soluzioni RF; componenti discreti; soluzioni di archiviazione e comunicazione aziendali, tecnologie di sicurezza e anti-tamper prodotti; Soluzioni Ethernet; CI e midspan Power-over-Ethernet; nonché capacità e servizi di progettazione personalizzati. Microsemi ha sede ad Aliso Viejo, in California, e conta circa 4,800 dipendenti in tutto il mondo. Scopri di più su www.microsemi.com.
Cronologia delle revisioni
La cronologia delle revisioni descrive le modifiche implementate nel documento. Le modifiche sono elencate per revisione, a partire dalla pubblicazione più recente.
Revisione 3.0
Di seguito è riportato un riepilogo delle modifiche apportate alla revisione 3.0 di questo documento.
- Aggiunta la versione IP al titolo del documento.
- Aggiornata la Figura 3.
- Rimosso il parametro di configurazione g_STD_IO_WIDTH dalle sezioni Parametro di configurazione.
Revisione 2.0
Aggiornati i segnali di ingresso e uscita nella Figura 3 Tabella 1 (SAR 69696).
Revisione 1.0
La revisione 1.0 è la prima pubblicazione di questo documento.
Introduzione
Il controllore PI è un controllore ad anello chiuso ampiamente utilizzato per il controllo di un sistema del primo ordine. La funzionalità di base di un controller PI è fare in modo che la misurazione del feedback segua l'ingresso di riferimento. Esegue questa azione controllando la sua uscita finché l'errore tra i segnali di riferimento e di feedback diventa zero.
Ci sono due componenti che contribuiscono all'output, il termine proporzionale e il termine integrale, come mostrato nella figura seguente. Il termine proporzionale dipende solo dal valore istantaneo del segnale di errore, mentre il termine integrale dipende dal valore presente e precedente di un errore.
Controller PI nel dominio continuo
Controller PI basato sul metodo di mantenimento dell'ordine zero
Anti-Windup e inizializzazione
Il controller PI ha limiti minimi e massimi di uscita, per mantenere l'uscita entro valori pratici. Se un segnale di errore diverso da zero persiste per un lungo periodo, la componente integrale del controller continua ad aumentare e può raggiungere un valore limitato dalla sua larghezza di bit. Questo fenomeno è chiamato windup dell'integratore e deve essere evitato per avere una corretta risposta dinamica. L'IP del controller PI dispone di una funzione antiwindup automatica, che limita l'integratore non appena il controller PI raggiunge la saturazione. In alcune applicazioni come il controllo motore, è importante inizializzare il controller PI su un valore adeguato prima di abilitarlo. L'inizializzazione del PI su un buon valore evita operazioni a scatti. Il blocco IP ha un ingresso di abilitazione per abilitare o disabilitare il controller PI. Se disabilitato, l'uscita è uguale all'ingresso dell'unità e quando abilitato, l'uscita è il valore calcolato PI.
Condivisione del tempo del controller PI
Nell'algoritmo di controllo ad orientamento di campo (FOC), sono presenti tre controller PI per la velocità, la corrente Id dell'asse D e la corrente Iq dell'asse Q. L'ingresso di un controller PI dipende dall'uscita dell'altro controller PI e quindi vengono eseguiti in sequenza. In ogni istante, c'è solo un'istanza del controller PI in funzione. Pertanto, invece di utilizzare tre controller PI individuali, un singolo controller PI è condiviso nel tempo per Speed, Id e Iq per un utilizzo ottimale delle risorse. Il modulo Speed_Id_Iq_PI consente la condivisione del controller PI attraverso i segnali di avvio e fine per ciascuno di Speed, Id e Iq. I parametri di ottimizzazione Kp, Ki e i limiti minimo e massimo di ciascuna istanza del controller possono essere configurati in modo indipendente tramite gli ingressi corrispondenti.
Implementazione hardware
La figura seguente mostra lo schema a blocchi del controller Speed ID IQ PI.
Diagramma a blocchi a livello di sistema del controller Speed ID IQ PI
Nota: Il controller Speed ID IQ PI esegue un algoritmo del controller PI per tre quantità: corrente sull'asse d, corrente sull'asse q e velocità del motore. Il blocco è progettato per ridurre al minimo l'utilizzo delle risorse hardware. Il blocco consente di eseguire l'algoritmo del controller PI per un parametro alla volta.
Ingressi e uscite
La tabella seguente elenca le porte di ingresso e uscita del controller Speed ID IQ PI.
Porte di ingresso e uscita del controller Speed ID IQ PI:
| Nome del segnale | Direzione | Descrizione |
| reimposta_i | Ingresso | Segnale di reset sincrono basso attivo. |
| sys_clk_i | Ingresso | Orologio di sistema. |
| speed_en_i | Ingresso | Abilitare il segnale per la velocità PI. Quando impostato su 1, si verifica il normale funzionamento del controller PI. Quando impostato su 0 (zero), l'uscita del controller PI è fissata al valore disponibile sull'ingresso speed_init_i. |
| clear_buffer_i | Ingresso | Cancella i buffer interni quando il motore si ferma. |
| idq_en_i | Ingresso | Segnale di abilitazione per Id e Iq PI: quando impostato su 1, si verifica il normale funzionamento del controller PI Quando impostato su 0 (zero), l'uscita del controller PI è fissata al valore disponibile rispettivamente sugli ingressi id_init_i e iq_init_i. |
| speed_pi_start_i | Ingresso | Segnale di avvio per la velocità PI. |
| idpi_start_i | Ingresso | Segnale di avvio per Id PI. |
| iqpi_start_i | Ingresso | Segnale di avvio per Iq PI. |
| speed_init_i | Ingresso | Valore di inizializzazione per la velocità PI. |
| iq_init_i | Ingresso | Valore di inizializzazione per iq PI. |
| id_init_i | Ingresso | Valore di inizializzazione per l'ID PI. |
| speed_pi_ref_input_i | Ingresso | Ingresso riferimento PI velocità. |
| speed_pi_act_input_i | Ingresso | Ingresso per la misurazione del feedback PI della velocità. |
| velocità_pi_kp_i | Ingresso | Guadagno proporzionale (Kp) per la velocità PI. |
| speed_pi_ki_i | Ingresso | Guadagno integrale (Ki) per Velocità PI. |
| velocità_pi_ymax_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia superiore) del controller PI di velocità. |
| velocità_pi_ymin_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia inferiore) del controller PI di velocità. |
| id_pi_ref_input_i | Ingresso | Id PI Ingresso di riferimento. |
| id_pi_act_input_i | Ingresso | Ingresso misurazione feedback PI Id. |
| id_pi_kp_i | Ingresso | Guadagno proporzionale (Kp) per Id PI. |
| id_pi_ki_i | Ingresso | Guadagno integrale (Ki) per Id PI. |
| idq_pi_ymax_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia superiore) del controller PI corrente. |
| idq_pi_ymin_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia inferiore) del controller PI corrente. |
| iq_pi_ref_input_i | Ingresso | Ingresso di riferimento Iq PI. |
| iq_pi_act_input_i | Ingresso | Ingresso di misurazione del feedback Iq PI. |
| iq_pi_kp_i | Ingresso | Guadagno proporzionale (Kp) per Iq PI. |
| iq_pi_ki_i | Ingresso | Guadagno integrale (Ki) per Iq PI. |
| idq_pi_ymax_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia superiore) del controller PI corrente. |
| idq_pi_ymin_i | Ingresso | Limite di saturazione (soglia inferiore) del controller PI corrente. |
| speed_pi_done_o | Produzione | Indica che il calcolo della velocità PI è completo. Alto per un ciclo di clock del sistema. |
| id_pi_done_o | Produzione | Indica che il calcolo dell'ID PI è completo. Alto per un ciclo di clock del sistema. |
| Nome del segnale | Direzione | Descrizione |
| iq_pi_done_o | Produzione | Indica che il calcolo Iq PI è completo. Alto per un ciclo di clock del sistema. |
| speed_pi_output_y_o | Produzione | Uscita per il calcolo della velocità PI. |
| id_pi_output_y_o | Produzione | Output del calcolo ID PI. |
| iq_pi_output_y_o | Produzione | Uscita del calcolo Iq PI. |
Parametro di configurazione
La tabella seguente mostra i parametri di configurazione utilizzati nell'implementazione hardware del controller Speed ID IQ PI. Questo parametro è generico e può essere modificato in base ai requisiti dell'applicazione.
Parametro di configurazione del controller Speed ID IQ PI:
Diagramma temporale
La figura seguente mostra il diagramma temporale del controller Speed ID IQ PI. I seguenti segnali corrispondono a un set di porte di ingresso e uscita del controller Speed ID IQ PI.
Diagramma temporale del controller PI:
Utilizzo delle risorse
Il controller Speed ID IQ PI è implementato sul dispositivo FPGA (system-on-chip) System-on-chip (SoC) SmartFusion®2. La tabella seguente elenca il report sull'utilizzo delle risorse dopo la sintesi.
Utilizzo delle risorse del controller Speed ID IQ PI:
| Utilizzo delle celle | Descrizione |
| Elementi sequenziali | 410 |
| Logica combinatoria | 630 |
| MACC | 1 |
| RAM1kx18 | 0 |
| RAM64x18 | 0 |
Garanzia
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