后电气化时代，你的马达够“强劲”吗？

 

 

 

-   导读   -

手指在屏幕上轻轻一点，无人机穿越山谷拍摄美景。坐在车里喝着咖啡，电车自动驾驶到达终点。大型马达远离了城市的喧嚣，智能马达与日常生活密切相联。一切动起来的机器，都需要马达提供动力。马达是机器的心脏，驱动是系统的神经。如何在短时间设计出完美的马达驱动，是电子工程师撬动创新产品的支点。

 

为了帮助工程师加快创新脚步，AMD-XILINX推出了马达驱动开发套件EDDP，该套件为三相马达驱动提供了完整的开发和评估环境，包括全套硬件、硬件逻辑参考工程、OS驱动、OS镜像和网络UI。与其他设计方式相比，这个完整的开发套件提供了核心控制单元FOC（Field Oriented Control）的C++源代码及理论模型，可帮助电动汽车、工业生产线、机器人、机械臂、无人机、云台等各种应用以及与FOC原理相通的领域开发马达驱动产品。

 

 

 

EDDP全套硬件方面

 

 

EDDP全套硬件包括控制板Arty Z7-10、适配板TEC0053、连接板TEC0060以及马达BLRW-111D-24V-10000-1000-SI。其中，控制板的核心是Zynq-7000，Zynq-7000是AMD-XILINX的28nm自适应SoC，集成了ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性，可实现软件计算和硬件加速。在单个器件上实现了CPU、DSP、FPGA以及混合信号功能。控制板通过以太网与PC相连，用户可在PC端通过UI向控制板发送控制指令，并实时显示马达的转速、相位、电流等。

 

 

 

EDDP全套软件方面

 

 

软件方面，AMD-XILINX为工程师提供了HLS工具。HLS（high level synthesis）是一种高级逻辑综合工具，它提供了一种高层次的开发方法，可以把C、C++、System C代码转换成HDL代码。传统的RTL设计，需要在实现细节上花费大量的时间，而对高层的算法设计、功能验证往往不够充分。HLS工具则允许设计者将精力集中在算法和验证上，RTL代码则由工具自动生成。即使不熟悉硬件描述语言的工程师也能快速上手开发设计。

 

 

借助此完整套件可充分发挥Zynq SoC软硬结合的优势，评估和开发高性能马达控制应用。工程师可以在C++代码基础上完善自己的设计，仿真验证自己的设想，并采用HLS（high level synthesis）将C++代码输出为硬件高效的RTL（VHDL，Verilog）IP，从而有效提高开发验证效率和硬件资源利用效率。

 

马达设计参考的算法结构

 

上面的图片展示了马达设计参考的算法结构，工程师使用HLS实现了FOC算法，包括了Clark变换模块、Park变换模块、PI控制器模块等。每一个模块都由C++描述。

 

 

下面以PI控制和Park变换为例

 

 

 

PI控制器：它在此设计中起到滤波器的作用，可以滤除高频噪声，使系统消除稳态误差，提高无差度。

 

使用HLS实现PI的细节如图：

 

 

使用HLS实现PI控制的结果如下：

 

 

Park变换：同步马达定子的a、b、c三相电流投影到随着转子旋转的直轴（d轴），交轴（q轴）与垂直于dq平面的零轴（0轴）。从数学角度，Park变换实现了一种坐标变换。

 

使用HLS实现Park变换的细节：

 

 

使用HLS实现Park变换的结果如下：

 

 

HLS数学库提供了丰富的数学函数，支持的数据类型包括自定义定点、半精度浮点、单精度浮点和双精度浮点，函数类型包括三角函数、指数函数等，可以为工业设计提供强大的支持。在具体操作时，用户可以下载具体的工程文件、源代码和技术文档，根据需要自由地修改代码，快速完成定制化设计。

 

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原文标题：后电气化时代，你的马达够“强劲”吗？

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