基于FPGA的系統(tǒng)提高電機(jī)控制性能

作者：Andrei Cozma and Eric Cigan

電機(jī)廣泛用于工業(yè)、汽車和商業(yè)應(yīng)用，由驅(qū)動(dòng)器控制，驅(qū)動(dòng)器改變電輸入功率以控制扭矩、速度和位置。高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以提高效率并提供更快、更準(zhǔn)確的控制。先進(jìn)的電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合了控制算法、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和用戶界面，因此它們需要額外的處理能力來實(shí)時(shí)執(zhí)行所有任務(wù)。多芯片架構(gòu)通常用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)：數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）執(zhí)行電機(jī)控制算法，FPGA實(shí)現(xiàn)高速I/O和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，微處理器處理執(zhí)行控制。

隨著片上系統(tǒng) （SoC） 器件的出現(xiàn)，例如 Xilinx Zynq 全可編程 SoC，它結(jié)合了 CPU 的多功能性和 FPGA 的處理能力，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)㈦姍C(jī)控制功能和附加處理任務(wù)整合到單個(gè)器件中?？刂扑惴?、網(wǎng)絡(luò)和其他處理密集型任務(wù)被卸載到可編程邏輯中，而監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)控和診斷、用戶界面和調(diào)試則由處理單元處理?？删幊踢壿嬁梢园ǘ鄠€(gè)并聯(lián)運(yùn)行的控制內(nèi)核，以實(shí)現(xiàn)多軸機(jī)器或多個(gè)控制系統(tǒng)。在單個(gè)芯片上集成完整的控制器可以使硬件設(shè)計(jì)更簡單、更可靠、更便宜。

近年來，軟件建模和仿真工具（如 MathWorks 的 Simulink）使基于模型的設(shè)計(jì)能夠演變?yōu)閺哪Ｐ蛣?chuàng)建到實(shí)現(xiàn)的完整設(shè)計(jì)流程。??2基于模型的設(shè)計(jì)改變了工程師和科學(xué)家的工作方式，正在將設(shè)計(jì)任務(wù)從實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場轉(zhuǎn)移到桌面?，F(xiàn)在，可以對整個(gè)系統(tǒng)（包括工廠和控制器）進(jìn)行建模，使工程師能夠在現(xiàn)場部署控制器之前調(diào)整控制器的行為。這降低了損壞的風(fēng)險(xiǎn)，加快了系統(tǒng)集成，并減少了對設(shè)備可用性的依賴?？刂颇Ｐ屯瓿珊?，Simulink 環(huán)境可以將其自動(dòng)轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)運(yùn)行的 C 和 HDL 代碼，從而節(jié)省時(shí)間并避免手動(dòng)編碼錯(cuò)誤。通過將系統(tǒng)模型與快速原型設(shè)計(jì)環(huán)境相關(guān)聯(lián)，可以觀察控制器在實(shí)際條件下的運(yùn)行方式，從而進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

Xilinx 的 Zynq SoC 用于實(shí)現(xiàn)控制器，MathWorks 的 Simulink 用于基于模型的設(shè)計(jì)和自動(dòng)代碼生成，ADI公司的智能驅(qū)動(dòng)器套件用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的快速原型設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的電機(jī)控制性能的完整開發(fā)環(huán)境。

賽靈思 FPGA 和 SoC 電機(jī)控制解決方案

先進(jìn)的電機(jī)控制系統(tǒng)必須執(zhí)行控制、通信和用戶界面任務(wù)的組合，每個(gè)任務(wù)都有不同的處理帶寬要求和實(shí)時(shí)限制。選擇用于實(shí)現(xiàn)此類控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)必須具有穩(wěn)健性和可擴(kuò)展性，同時(shí)允許未來的系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)展。Zynq 全可編程 SoC 通過將高性能處理系統(tǒng)與可編程邏輯相結(jié)合來滿足這些要求，如圖 1 所示。這種組合提供了卓越的并行處理能力、實(shí)時(shí)性能、快速計(jì)算和多功能連接。該 SoC 集成了兩個(gè) Xilinx 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （XADC），用于監(jiān)控系統(tǒng)或外部模擬傳感器。

圖1.賽靈思 Zynq SoC 框圖。

Zynq 的處理端由雙核 ARM Cortex-A9 處理器、霓虹燈協(xié)處理器和加速軟件執(zhí)行的浮點(diǎn)擴(kuò)展組成。該處理系統(tǒng)可處理非常適合軟件實(shí)施的監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)管理、用戶界面和遠(yuǎn)程維護(hù)功能等任務(wù)。可以部署嵌入式 Linux 或?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)以利用系統(tǒng)的功能。無需配置可編程邏輯即可使用獨(dú)立處理器。這允許軟件開發(fā)人員與設(shè)計(jì)FPGA結(jié)構(gòu)的硬件工程師并行編寫代碼。

在可編程邏輯方面，該器件具有多達(dá) 444，000 個(gè)邏輯單元和 2200 個(gè) DSP 切片，可提供大量處理帶寬。FPGA 架構(gòu)具有可擴(kuò)展性，因此用戶可以選擇具有 28，000 個(gè)邏輯單元的小型器件，也可以選擇高端器件，后者可以應(yīng)對最具挑戰(zhàn)性的信號(hào)處理應(yīng)用。五個(gè) AMBA-4 AXI 高速互連將可編程邏輯與處理系統(tǒng)緊密耦合，提供相當(dāng)于 3000 多個(gè)引腳的有效帶寬。可編程邏輯適用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間關(guān)鍵型、處理密集型任務(wù)，如實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，并且可以容納多個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的多軸機(jī)器或多個(gè)控制系統(tǒng)的控制內(nèi)核。

Xilinx 全可編程 SoC 解決方案和平臺(tái)可滿足當(dāng)今磁場定向控制 （FOC） 等復(fù)雜控制算法和再生脈沖頻率調(diào)制器等復(fù)雜調(diào)制方案所帶來的關(guān)鍵時(shí)序和性能要求3由Xilinx和Qdesys設(shè)計(jì)。

使用 MathWorks 的 Simulink 進(jìn)行基于模型的設(shè)計(jì)

Simulink 是一種用于多域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)的框圖環(huán)境，非常適合仿真包含控制算法和工廠模型的系統(tǒng)。電機(jī)控制算法調(diào)節(jié)速度、扭矩和其他參數(shù)，通常用于精確定位。在進(jìn)行昂貴的硬件測試之前，使用仿真評(píng)估控制算法是確定電機(jī)控制設(shè)計(jì)的適用性并減少算法開發(fā)的時(shí)間和成本的有效方法。圖2描述了設(shè)計(jì)電機(jī)控制算法的高效工作流程：

構(gòu)建精確的控制器和工廠模型，通常來自電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備、傳感器和負(fù)載庫

模擬系統(tǒng)行為以驗(yàn)證控制器是否按預(yù)期運(yùn)行

生成用于實(shí)時(shí)測試和實(shí)施的 C 代碼和 HDL

使用原型硬件測試控制算法

一旦通過原型硬件上的仿真和測試證明控制系統(tǒng)令人滿意，將控制器部署到最終生產(chǎn)系統(tǒng)上

圖2.電機(jī)控制算法設(shè)計(jì)的工作流程。

MathWorks 產(chǎn)品（包括 Control System Toolbox、SimPowerSystems ? 和 Simscape?）提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)算法和應(yīng)用程序，用于系統(tǒng)地分析、設(shè)計(jì)和調(diào)整線性控制系統(tǒng)，以及用于對跨越機(jī)械、電氣、?液壓和其他物理領(lǐng)域的系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真的組件庫和分析工具。這些工具提供了創(chuàng)建高保真工廠和控制器模型的方法，這些模型可以在進(jìn)入物理實(shí)施之前驗(yàn)證控制系統(tǒng)的行為和性能。仿真環(huán)境是驗(yàn)證功能極端情況和極端操作條件的理想場所，以確保控制器為此類情況做好準(zhǔn)備，并且其實(shí)際操作對設(shè)備和操作人員都是安全的。

一旦使用嵌入式編碼器和HDL編碼器工具在仿真環(huán)境中對控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面驗(yàn)證，就可以將其轉(zhuǎn)換為C代碼和HDL，并部署到原型硬件上進(jìn)行測試，然后部署到最終生產(chǎn)系統(tǒng)中。此時(shí)，指定了軟件和硬件實(shí)現(xiàn)，例如定點(diǎn)和定時(shí)行為要求。自動(dòng)代碼生成有助于減少從概念到實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)間，消除編碼錯(cuò)誤，并確保實(shí)際實(shí)現(xiàn)與模型匹配。圖 3 描述了在 Simulink 中對電機(jī)控制器進(jìn)行建模并將其傳輸?shù)阶罱K生產(chǎn)系統(tǒng)所需的實(shí)際步驟。

圖3.從模擬到生產(chǎn)的路徑。

第一步是在 Simulink 中對控制器和工廠進(jìn)行建模和仿真。在此階段，控制器算法被劃分為將在軟件中實(shí)現(xiàn)的塊和將在可編程邏輯中實(shí)現(xiàn)的塊。分區(qū)和仿真完成后，使用嵌入式編碼器和 HDL 編碼器將控制器模型轉(zhuǎn)換為 C 代碼和 HDL?；?Zynq 的原型系統(tǒng)可驗(yàn)證控制算法的性能，并幫助在進(jìn)入生產(chǎn)階段之前進(jìn)一步調(diào)整控制器模型。在生產(chǎn)階段，自動(dòng)生成的C代碼和HDL被集成到復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)框架中。該工作流程確保一旦控制算法進(jìn)入生產(chǎn)階段，它就會(huì)得到充分的驗(yàn)證和測試，從而為系統(tǒng)的魯棒性提供高度的信心。

使用ADI公司智能驅(qū)動(dòng)器套件進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)

選擇正確的原型硬件是設(shè)計(jì)過程中的重要一步。ADI公司的智能驅(qū)動(dòng)器套件可實(shí)現(xiàn)快速、高效的原型設(shè)計(jì)。安富利Zynq-7000全可編程SoC ARM雙核Cortex-A9 + 28 nm可編程邏輯與最新一代ADI公司的高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字隔離相結(jié)合，安富利Zynq-7000全可編程SoC/ADI智能驅(qū)動(dòng)器套件可實(shí)現(xiàn)高性能電機(jī)控制和雙千兆以太網(wǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接。該套件配有安富利ZedBoard 7020基板和ADI公司的AD-FMCMOTCON1-EBZ模塊，這是一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可為多種電機(jī)類型提供高效控制。此外，該套件還可以通過ADI公司的AD-DYNO1-EBZ測功機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，該系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)可調(diào)負(fù)載，可用于測試實(shí)時(shí)電機(jī)控制性能。AD-FMCMOTCON1-EBZ模塊由控制器和驅(qū)動(dòng)板組成，如圖4所示。

圖4.AD-FMCMOTCON1-EBZ框圖。

該控制器板是一款混合信號(hào) FPGA 夾層卡 （FMC），設(shè)計(jì)用于連接任何具有低引腳數(shù) （LPC） 或高引腳數(shù) （HPC） FMC 連接器的 Xilinx FPGA 或 SoC 平臺(tái)。它的特點(diǎn)是：

使用隔離式ADC測量電流和電壓

隔離式賽靈思 XADC 接口

完全隔離的數(shù)字控制和反饋信號(hào)

霍爾、差分霍爾、編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器接口

2 Gb 以太網(wǎng) PHY，支持高速工業(yè)通信協(xié)議，如 EtherCAT、ProfiNET、Ethernet/IP 或 Powerlink

FMC信號(hào)電壓自適應(yīng)接口，可在所有FMC電壓電平上無縫運(yùn)行

隔離是任何電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵方面，需要保護(hù)控制器和用戶?？刂破靼迳夏M和數(shù)字信號(hào)的完全隔離可確保FPGA平臺(tái)始終受到保護(hù)，免受電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)電壓的影響。

驅(qū)動(dòng)板包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的所有電力電子設(shè)備以及電流和電壓檢測和保護(hù)電路。該板具有以下特點(diǎn)：

驅(qū)動(dòng) 12V 至 48V 范圍內(nèi)的 BLDC（無刷直流）/PMSM（永磁同步電機(jī)）/有刷直流/步進(jìn)電機(jī)，最大電流為 18A

動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能以及集成的過流和反向電壓保護(hù)

使用隔離式ADC進(jìn)行相電流測量;可編程增益放大器最大化電流測量輸入范圍

向控制器板提供直流母線電壓、相電流和總電流反饋信號(hào)

集成 BEMF 過零檢測，用于永磁同步電機(jī)或 BLDC 電機(jī)的無傳感器控制

測功機(jī)是一種動(dòng)態(tài)可調(diào)負(fù)載，可用于測試實(shí)時(shí)電機(jī)控制性能，由兩個(gè)通過剛性連接直接耦合的 BLDC 電機(jī)組成。其中一個(gè) BLDC 電機(jī)充當(dāng)負(fù)載，由測功機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)控制;第二個(gè)電機(jī)由ADI智能驅(qū)動(dòng)套件驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。該系統(tǒng)配備了一個(gè)用戶界面，顯示有關(guān)負(fù)載電流和速度的信息，允許設(shè)置不同的負(fù)載曲線。外部控制可以通過使用模擬發(fā)現(xiàn)USB示波器直接從MATLAB使用MathWorks儀器控制工具箱進(jìn)行負(fù)載信號(hào)捕獲和控制來實(shí)現(xiàn)。 ??

圖5.測功機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

任何電機(jī)控制系統(tǒng)的性能都受到電機(jī)電流和電壓測量質(zhì)量的極大影響。通過使用高性能模擬信號(hào)調(diào)理元件和ADC，ADI智能驅(qū)動(dòng)套件可提供精確的電流和電壓測量。測量路徑在控制器和驅(qū)動(dòng)板之間劃分，如圖6所示。

圖6.相電流信號(hào)鏈。

通過測量分流電阻兩端的電壓來檢測相電流。兩種可能的測量路徑旨在獲得最佳測量精度，具體取決于ADC是否靠近分流電阻。當(dāng)ADC靠近分流電阻時(shí)，信號(hào)路徑非常短，不易發(fā)生噪聲耦合。分流電阻上的小差分電壓由隔離式Σ-Δ調(diào)制器AD7401直接測量，無需額外的接口和信號(hào)調(diào)理電路。當(dāng)ADC遠(yuǎn)離分流電阻時(shí)，信號(hào)路徑很長，容易產(chǎn)生噪聲耦合，特別是電源開關(guān)噪聲和電機(jī)噪聲。必須特別注意確保ADC和分流電阻之間的PCB走線和信號(hào)調(diào)理電路得到適當(dāng)屏蔽。分流電阻上的小差分電壓通過差動(dòng)放大器AD8207放大到驅(qū)動(dòng)板上，該差動(dòng)放大器靠近分流電阻以避免噪聲耦合。信號(hào)從±125 mV滿量程輸入范圍放大到±2.5 V范圍，以最大限度地降低耦合噪聲的影響。放大后的信號(hào)使用可編程增益儀表放大器（PGIA）AD8251經(jīng)過另一個(gè)放大級(jí)，確保ADC始終接收到適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)輸入范圍的輸入信號(hào)。放大的模擬信號(hào)通過連接器到達(dá)控制器板。該連接器包括對每個(gè)模擬信號(hào)的屏蔽，以減輕噪聲耦合。來自驅(qū)動(dòng)板的模擬信號(hào)使用運(yùn)算放大器ADA4084-2移回AD7401輸入范圍。

電流和電壓反饋信號(hào)鏈中最重要的部分是二階隔離式Σ-Δ調(diào)制器AD7401A。這款高性能 ADC 具有無失碼的 16 位分辨率、13.3 有效位數(shù) （ENOB） 和 83dB SNR。2線數(shù)字接口包括一個(gè)20 MHz時(shí)鐘輸入和一個(gè)1位數(shù)字比特流輸出。ADC輸出使用sinc重建3數(shù)字濾波器。數(shù)據(jù)手冊中提供了16位輸出和78 kHz采樣速率的濾波器模型和HDL實(shí)現(xiàn)方案。輸出分辨率和采樣率可以通過改變?yōu)V波器模型和抽取來控制。雖然 78kHz 采樣速率對于許多應(yīng)用來說可能已經(jīng)足夠好了，但在某些情況下需要更高的采樣率。在這些情況下，濾波器組（如圖7所示）可用于將系統(tǒng)的采樣速率提高到10 MSPS，處理真正的16位數(shù)據(jù)。濾波器組包含 n 個(gè) sinc。3采樣時(shí)鐘延遲 T 倍數(shù)的濾波器，即 sinc。3濾波器傳播時(shí)間除以 n。數(shù)據(jù)選擇器以等于T的周期輸出ADC代碼。

圖7.過濾器組。

相電流測量也可以由 Zynq XADC 執(zhí)行。XADC信號(hào)測量鏈?zhǔn)褂贸Ｒ?guī)測量鏈的整個(gè)路徑，并在AD7401 Σ-Δ調(diào)制器之后添加一個(gè)Sallen-Key模擬重建濾波器。該濾波器使用AD8646運(yùn)算放大器在控制器板上實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。隔離式Σ-Δ調(diào)制器和模擬重建濾波器的組合提供了一種方便、低成本的方法，可以在不影響測量質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)XADC輸入信號(hào)的模擬隔離。

圖8.XADC 信號(hào)測量鏈。

ADI公司的智能驅(qū)動(dòng)套件隨附一套Simulink控制器模型、完整的Xilinx Vivado框架和ADI Linux基礎(chǔ)設(shè)施，允許用戶完成設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)所需的所有步驟，從仿真開始，經(jīng)過原型設(shè)計(jì)，最后到生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施。

兩種控制器型號(hào)（六步控制器和 PMSM 磁場定向控制器）可用于啟動(dòng)設(shè)計(jì)過程。圖 9 顯示了這兩個(gè)控制器的頂級(jí)視圖。六步控制器實(shí)現(xiàn)了用于 BLDC 電機(jī)的梯形控制器;FOC 控制器提供用于集成控制系統(tǒng)的 FOC 內(nèi)核。

圖9.同步控制器模型。

在仿真階段創(chuàng)建工廠和控制器模型，并對整個(gè)系統(tǒng)的行為進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證控制器是否按預(yù)期運(yùn)行?？刂破髂Ｐ捅粍澐譃閷⒃?C 代碼和 HDL 中實(shí)現(xiàn)的組件，并指定了時(shí)序、定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)、采樣速率和循環(huán)時(shí)間等約束，以確?？刂破髂Ｐ偷男袨榕c硬件實(shí)現(xiàn)中的行為相同。圖 10 顯示了六步控制器在軟件和 HDL 之間的分區(qū)。

圖 10.C 代碼和 HDL 中的控制器分區(qū)。

一旦控制器在仿真中得到充分驗(yàn)證，下一步就是在硬件平臺(tái)上對其進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。Zynq SoC 引導(dǎo)式工作流程從 Simulink 模型生成 C 代碼和 HDL，該模型劃分為面向 ARM 內(nèi)核和可編程邏輯的子系統(tǒng)。通過此工作流，HDL 編碼器生成面向可編程邏輯的 HDL，而嵌入式編碼器生成面向 ARM 的 C 代碼。MathWorks Zynq 支持包支持生成 ARM 可執(zhí)行文件，該可執(zhí)行文件由模型的算法 C 代碼組成，該代碼與 AXI 總線接口，以及由來自模型的 HDL 代碼組成的比特流生成，該模型與可編程邏輯引腳和 AXI 總線接口。圖11顯示了控制器實(shí)現(xiàn)以及與ADI智能驅(qū)動(dòng)硬件的關(guān)系。

圖 11.原型系統(tǒng)上的控制器實(shí)現(xiàn)。

一旦將比特流和可執(zhí)行文件加載到硬件中，就可以開始控制器的操作測試。硬件在環(huán) （HIL） 測試是使用 Simulink 和運(yùn)行開源 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)之間的以太網(wǎng)鏈路執(zhí)行的。 可以在 Simulink 中捕獲軸速度等電機(jī)參數(shù)，并與仿真結(jié)果進(jìn)行比較，以確保物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與模型匹配。控制算法測試完成后，控制器可以轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)系統(tǒng)。

ADI公司與智能驅(qū)動(dòng)器套件一起提供了完整的Vivado框架和Linux基礎(chǔ)架構(gòu)，可用于原型設(shè)計(jì)和最終生產(chǎn)。圖 12 顯示了支持智能驅(qū)動(dòng)器套件的 Zynq 基礎(chǔ)架構(gòu)。此高級(jí)圖表顯示了 ADI 參考設(shè)計(jì)如何在 Xilinx Zynq SoC 上進(jìn)行分區(qū)。可編程邏輯實(shí)現(xiàn)IP核，用于與ADC、位置傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)級(jí)接口。HDL編碼器生成的HDL表示電機(jī)控制算法，集成到ADI公司的IP中。所有 IP 都具有用于配置和控制的低速 AXI-Lite 接口，以及允許它們通過 DMA 通道將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰浖?jí)別的高速 AXI-Streaming 接口。高速以太網(wǎng)接口可以使用 ARM 處理系統(tǒng)的硬 MAC 外設(shè)或可編程邏輯中的 Xilinx 以太網(wǎng) IP 來實(shí)現(xiàn)。

ARM Cortex A9處理系統(tǒng)運(yùn)行由ADI公司提供的Ubuntu Linux。這包括與ADI公司智能驅(qū)動(dòng)硬件接口所需的Linux IIO驅(qū)動(dòng)程序、用于監(jiān)測和控制的IIO示波器（示波器）用戶空間應(yīng)用程序、允許對TCP進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制的libiio服務(wù)器、在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的客戶端，以及包含嵌入式編碼器生成的C代碼的可選用戶應(yīng)用程序。

圖 12.ADI Linux 基礎(chǔ)架構(gòu)。

所有ADI Linux驅(qū)動(dòng)程序都基于Linux工業(yè)I/O（IIO）子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)現(xiàn)在包含在所有主線Linux內(nèi)核中。IIO Scope是由ADI公司開發(fā)的開源Linux應(yīng)用，運(yùn)行在Xilinx Zynq內(nèi)部的雙ARM Cortex A9s上，能夠顯示從連接到Xilinx Zynq平臺(tái)的任何ADI公司FMC卡獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以顯示在時(shí)域、頻域或星座圖中。支持不同的流行文件格式，例如逗號(hào)分隔值或 .mat Matlab 文件，以保存捕獲的數(shù)據(jù)以供進(jìn)一步分析。IIO示波器提供圖形用戶界面，用于更改或回讀ADI公司FMC卡的配置。

libiio服務(wù)器允許對TCP以及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。服務(wù)器在 Linux 下的嵌入式目標(biāo)上運(yùn)行，并通過 TCP 管理目標(biāo)和遠(yuǎn)程客戶端之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。IIO 客戶端可作為系統(tǒng)對象集成到本機(jī) MATLAB 和 Simulink 應(yīng)用程序中。HDMI輸出用于在顯示器上顯示Linux接口，而鍵盤和鼠標(biāo)可以通過USB 2.0端口連接到系統(tǒng)。

ADI為智能驅(qū)動(dòng)器套件提供的Linux軟件和HDL基礎(chǔ)設(shè)施，以及MathWorks和Xilinx提供的工具，是電機(jī)控制應(yīng)用原型設(shè)計(jì)的理想選擇。它們還包含可集成到最終控制系統(tǒng)中的生產(chǎn)就緒組件，從而有助于減少從概念到生產(chǎn)所需的時(shí)間和成本。

結(jié)論

本文闡述了支持FPGA的現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)的要求和趨勢，以及MathWorks、Xilinx和ADI公司為滿足這些限制并幫助推動(dòng)更高效、更精確的電機(jī)控制解決方案而推向市場的工具和系統(tǒng)。通過將 MathWorks 基于模型的設(shè)計(jì)和自動(dòng)代碼生成工具與功能強(qiáng)大的 Xilinx Zynq SoC 以及 ADI 公司的隔離、電源、信號(hào)調(diào)理和測量解決方案相結(jié)合，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、測試和實(shí)施可以比以往更加有效，從而提高電機(jī)控制性能并縮短上市時(shí)間。ADI公司的智能驅(qū)動(dòng)器套件與安富利Zynq-7000全可編程SoC配合使用，為使用MathWorks的Simulink設(shè)計(jì)的電機(jī)控制算法提供了出色的原型設(shè)計(jì)環(huán)境。智能驅(qū)動(dòng)器套件附帶一組參考設(shè)計(jì)4旨在為任何想要評(píng)估系統(tǒng)并幫助啟動(dòng)任何新電機(jī)控制項(xiàng)目的人提供一個(gè)起點(diǎn)。

審核編輯：郭婷