电动机模拟控制系统仿真软件（电动机时间控制）

实时控制系列的前一部分深入研究了处理的功能块。在本节中，我将讨论实时控制的驱动阶段（更新系统）以及为什么该阶段对于可靠的系统输出操作很重要。

例如，在电机驱动应用中，您可以实时监控和测量速度、位置、扭矩和电机运行状况，以启动、加速或调节动态速度或减慢电机系统的速度。同样，在半导体或电池测试设备中，您可以使用数模转换器在快速控制环路中发送准确的模拟信号，以在不同负载条件下调整基于氮化镓(GaN) 的服务器电源单元(PSU)。低功率水平下的输出功率，或在电源中断期间调整驱动不间断电源中金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 的栅极驱动器。在所有示例中，调制和调整实时控制系统的驱动（对于电机驱动、电池测试设备或电源装置等应用）非常重要。

电机在运行过程中会经历不同的阶段，其目的是实现电机的可靠驱动。具体来说，电机运行可分为以下几个阶段：预启动、电机启动、开环、闭环和电机停止。闭环阶段为系统提供准确的实时反馈，因为各种变量被连续监控，然后通过闭环响应驱动，如图1 所示。

图1：电机运行阶段

高效率

随着电气化程度不断提高，支持各种电器和应用的能效标准也越来越多，包括能源之星、80 Plus、ErP Lot 9 标准等。因此，保持实时控制系统的高效运行以减少快速变化期间的功耗和系统工作负载非常重要。非常高效的系统可以实现更快的响应、更低的拥有成本和更长的使用寿命。

例如，机器人真空吸尘器需要根据电池电量最大化每次可以清洁的地板范围。它通过检测地板材料或碎片体积的变化，或者是否有物体卡在机器人中来实时调整其吸尘能力来实现这一点。由无刷直流(BLDC) 电机驱动器驱动的真空吸尘电机需要尽可能高效，因为它消耗的功率来自多种来源，例如开关损耗、漏源导通电阻RDS(on) 以及MOSFET。这些功耗可以通过提高转换速率、降低脉宽调制(PWM) 输出频率、使用较低RDS(on) MOSFET 来驱动电机或使用不同的PWM 调制模式（例如单通道PWM）等技术来降低。结束）。

在购买白色家电时，消费者更有可能选择噪音较小的系统。 BLDC 电机驱动器通过正弦波和最近的磁场定向控制(FOC) 等控制技术实现更好的声学性能，这些技术将磁通保持在90 度，以实现理想的电机效率。借助TI 的单芯片无代码无传感器MCF8316A BLDC 电机驱动器，系统设计人员可以通过连续PWM 调制、死区时间补偿和可变方向模式等控制技术最大限度地降低可闻噪声。

图2 显示了使用MCF8316A 优化声学性能之前和之后的可闻噪声比较。

图2：使用MCF8316A前后的可闻噪声对比

高可靠性

实时控制系统保护机制确保在不可预测的恶劣环境中可靠运行，例如高低温环境，或外部因素可能对系统产生电气甚至物理影响的环境。以可能包含运动部件（例如电机驱动器）的系统为例。检测或预测转子锁定的能力有助于最大限度地减少功率损耗、部件故障或损坏。 TI 的MCF8316A 在电机运行期间持续检查不同的电机锁定情况，并在检测到锁定事件时立即采取行动。这是一个真实的例子。当扫地机器人检测到物体（例如卡在其路径中的毛巾）时，系统负载会激增。这种情况被系统判断为电机锁定状态，然后电机可以向相反方向旋转以将其松开。打开对象并继续正常运行。

MCF8316 等无代码电机驱动器还可以管理电机故障检测等重要功能并实施保护机制，使整个系统设计更加可靠。

图3是典型的BLDC实时控制电机系统的框图，其中电压和电流检测电阻不断向控制器提供电机反馈（基于保护机制），然后控制器向电机发送不同的PWM信号司机做出相应的反应。驾车。

图3：无传感器BLDC电机系统实时控制

准确性

实时控制系统的准确性对于可靠运行非常重要。典型的电机闭环系统依靠驱动器的处理速度来实现极高的速度精度和极短的延迟。此外，在需要提供闭环反馈的实时控制系统中，电流检测放大器可在较宽的共模电压和温度范围内提供高水平的电流检测精度。

在用于睡眠呼吸暂停患者的持续气道正压通气(CPAP) 机等应用中，精确的实时控制系统会持续监测空气阻塞情况并提供必要的空气以打开人的气道。另一个例子是DLP 投影仪应用，其中色轮电机系统需要具有高速精度(1%)，以便投影仪能够在家庭影院等终端设备的屏幕上显示高质量的彩色图像投影仪。

结论

实时控制系统的驱动级取决于来自传感级的不同类型的反馈，传感级不断监视系统条件的任何变化，然后将其发送到控制级以解释数据并发送下一个驱动命令。无论目标是通过死区时间补偿最大限度地减少可闻噪声、提供电机锁定检测，还是希望提供准确的速度，BLDC 电机驱动器在许多工业和汽车应用的驱动器中都发挥着重要作用。

审稿编辑：郭婷