Mikrocontroller-Differenzierung durch innovative Peripherals (Teil 1 von 2)

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Kritische Pfade im Systemdesign

Bild 1: Idealvorstellung Dual Motor Control mit nur einer MCU(Bild: Texas Instruments) — Bild 1: Idealvorstellung Dual Motor Control mit nur einer MCU
(Bild: Texas Instruments)

Jetzt ist es Zeit über mögliche Lösungen im Kostenrahmen des Projektes nachzudenken. Hierbei wird schnell deutlich, wo sich die kritischen Pfade aus Sicht der Hardware und Software befinden.

FOC benötigt Algorithmen, die zumindest auf fix-point Arithmetik beruhen. Desweiteren werden trigonometrische Funktionen für Clark- und Park-Transformationen (sin, cos) benötigt, die C-Library-Aufrufe und längere Laufzeiten mit sich bringen.

Ruhige Motorlaufeigenschaften erreicht man mit entsprechender höherer PWM-Auflösung- und -Grundfrequenz, welche wieder proportional dazu eine höhere Aufrufhäufigkeit des FOC Algorithmus nach sich zieht. Zwischen Auslösung einer PWM-Flanke, Messung des Motorstromes mit dem ADC und damit Triggern des FOC-Algorithmus, muss ein fester deterministischer Zusammenhang bestehen. Andernfalls wären größere Regelabweichungen, unsauberer Motorlauf und höherer Energieverbrauch die Folge. Diese Anforderung gleichzeitig mit zwei Motoren zu realisieren verschärft die zeitlichen Randbedingungen.

Nebenläufig soll ein CAN-Protokoll abgearbeitet werden. Hierbei dürfen auch bei hoher Rechenlast durch zwei FOC-Regelschleifen keine Daten verloren gehen und eine definierte Antwortzeit garantiert werden. D.h. die CPU-Auslastung durch die Motorregler muss dies unter worst-case Bedingungen zulassen.

Die Bedienung durch Tasten und Display ist meist unkritisch. Etwaige verzögerte Reaktionen im Millisekundenbereich bei Eingabe und Ausgabe werden toleriert.

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Stand: 08.12.2025

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