- 導(dǎo)讀 -

手指在屏幕上輕輕一點，無人機穿越山谷拍攝美景。坐在車里喝著咖啡，電車自動駕駛到達終點。大型馬達遠離了城市的喧囂，智能馬達與日常生活密切相聯(lián)。一切動起來的機器，都需要馬達提供動力。馬達是機器的心臟，驅(qū)動是系統(tǒng)的神經(jīng)。如何在短時間設(shè)計出完美的馬達驅(qū)動，是電子工程師撬動創(chuàng)新產(chǎn)品的支點。

為了幫助工程師加快創(chuàng)新腳步，AMD-XILINX推出了馬達驅(qū)動開發(fā)套件EDDP，該套件為三相馬達驅(qū)動提供了完整的開發(fā)和評估環(huán)境，包括全套硬件、硬件邏輯參考工程、OS驅(qū)動、OS鏡像和網(wǎng)絡(luò)UI。與其他設(shè)計方式相比，這個完整的開發(fā)套件提供了核心控制單元FOC（Field Oriented Control）的C++源代碼及理論模型，可幫助電動汽車、工業(yè)生產(chǎn)線、機器人、機械臂、無人機、云臺等各種應(yīng)用以及與FOC原理相通的領(lǐng)域開發(fā)馬達驅(qū)動產(chǎn)品。

EDDP全套硬件方面

EDDP全套硬件包括控制板Arty Z7-10、適配板TEC0053、連接板TEC0060以及馬達BLRW-111D-24V-10000-1000-SI。其中，控制板的核心是Zynq-7000，Zynq-7000是AMD-XILINX的28nm自適應(yīng)SoC，集成了ARM處理器的軟件可編程性與FPGA的硬件可編程性，可實現(xiàn)軟件計算和硬件加速。在單個器件上實現(xiàn)了CPU、DSP、FPGA以及混合信號功能。控制板通過以太網(wǎng)與PC相連，用戶可在PC端通過UI向控制板發(fā)送控制指令，并實時顯示馬達的轉(zhuǎn)速、相位、電流等。

EDDP全套軟件方面

軟件方面，AMD-XILINX為工程師提供了HLS工具。HLS（high level synthesis）是一種高級邏輯綜合工具，它提供了一種高層次的開發(fā)方法，可以把C、C++、System C代碼轉(zhuǎn)換成HDL代碼。傳統(tǒng)的RTL設(shè)計，需要在實現(xiàn)細節(jié)上花費大量的時間，而對高層的算法設(shè)計、功能驗證往往不夠充分。HLS工具則允許設(shè)計者將精力集中在算法和驗證上，RTL代碼則由工具自動生成。即使不熟悉硬件描述語言的工程師也能快速上手開發(fā)設(shè)計。

借助此完整套件可充分發(fā)揮Zynq SoC軟硬結(jié)合的優(yōu)勢，評估和開發(fā)高性能馬達控制應(yīng)用。工程師可以在C++代碼基礎(chǔ)上完善自己的設(shè)計，仿真驗證自己的設(shè)想，并采用HLS（high level synthesis）將C++代碼輸出為硬件高效的RTL（VHDL，Verilog）IP，從而有效提高開發(fā)驗證效率和硬件資源利用效率。

馬達設(shè)計參考的算法結(jié)構(gòu)

上面的圖片展示了馬達設(shè)計參考的算法結(jié)構(gòu)，工程師使用HLS實現(xiàn)了FOC算法，包括了Clark變換模塊、Park變換模塊、PI控制器模塊等。每一個模塊都由C++描述。

下面以PI控制和Park變換為例

PI控制器：它在此設(shè)計中起到濾波器的作用，可以濾除高頻噪聲，使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。

使用HLS實現(xiàn)PI的細節(jié)如圖：

使用HLS實現(xiàn)PI控制的結(jié)果如下：

Park變換：同步馬達定子的a、b、c三相電流投影到隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的直軸（d軸），交軸（q軸）與垂直于dq平面的零軸（0軸）。從數(shù)學(xué)角度，Park變換實現(xiàn)了一種坐標變換。

使用HLS實現(xiàn)Park變換的細節(jié)：

使用HLS實現(xiàn)Park變換的結(jié)果如下：

HLS數(shù)學(xué)庫提供了豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)，支持的數(shù)據(jù)類型包括自定義定點、半精度浮點、單精度浮點和雙精度浮點，函數(shù)類型包括三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，可以為工業(yè)設(shè)計提供強大的支持。在具體操作時，用戶可以下載具體的工程文件、源代碼和技術(shù)文檔，根據(jù)需要自由地修改代碼，快速完成定制化設(shè)計。