Motorsteuerungen auf neuer Ebene

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Der gleiche Marktdruck, der die Komplexität von Steuerungsfunktionen in die Höhe treibt, ist auch für den Bedarf an Einchip-Motorsteuerungslösungen verantwortlich. Gemeint sind Lösungen, die Entwicklern bis zur Markteinführung von SmartFusion-Bausteinen nicht zur Verfügung standen. Als Einchip-Bausteine enthalten die Mitglieder der SmartFusion-Familie einen ARM Cortex-M3-Core, eine FPGA Fabric und programmierbare Analogfunktionen.

Einchip-Bausteine für Motorsteuerungen gefragt

Getrieben durch die Nachfrage der Kunden und durch behördliche Vorschriften hat die Leistungssteigerung von Motorsteuerungen bei vielen Entwicklerteams aus den Bereichen Industrie, Medizin und Consumerelektronik inzwischen eine hohe Priorität. Unter diesen Teams wächst das Bewusstsein, dass sich mit modernen Motorsteuerungskonzepten die Leistungsfähigkeit von Antrieben hinsichtlich Drehmoment, Drehzahl, mechanische Leistung und Effizienz deutlich verbessern lässt.

Für weniger anspruchsvolle Applikationen sind einfache Steuerungskonzepte völlig ausreichend. Entwickler, die sich auf besonders innovative Produkte konzentrieren, brauchen zur Steuerung von PMSMs und AC-Motoren jedoch optimierte Algorithmen, die oft sehr komplex sind und in Hardware implementiert werden müssen, damit sich die Rechen- und somit auch die Reaktionszeit verkürzt. Ferner müssen per Rückkopplung Informationen aus den analogen und digitalen Funktionsbereichen gesammelt werden. Diese Informationen sind erforderlich, um stets den aktuellen Zustand des Motors zu erfassen.

Solche Designs sind häufig mehrachsig und verlangen die gleichzeitige Steuerung mehrerer Motoren, um ein mechanisches System wie etwa einen Roboterarm auf definierte Weise anzutreiben. Dieses Maß an Steuerungsmöglichkeiten in Echtzeit zu erreichen, war bisher mit standardmäßig verfügbaren Bausteinen nicht möglich.

Als weiteres Beispiel bringen PMSMs oder bürstenlose AC-Motoren komplexe Steuerungsprobleme mit sich. Normalerweise möchten Entwickler, die PMSMs einsetzen, um eine erstklassige Drehmomentsteuerung, einen gleichmäßigen Lauf sowie hohe Präzision und Effizienz erreichen. PMSMs so anzusteuern, dass alle diese Eigenschaften erreicht werden, ist jedoch oft eine komplexe Aufgabe.

Steuerung in Echtzeit jetzt möglich

Im Gegensatz zu bürstenlosen DC-Motoren mit trapezförmiger Kommutierung können PMSMs ihre Eigenschaften so lange nicht ausnutzen, bis ein Controller verfügbar ist, der die Implementierung eines komplexen Algorithmus mit sinusförmiger Kommutierung ermöglicht. Seit der Einführung von SmartFusion-Bausteinen ist dies möglich.

Die SmartFusion-Bausteine enthalten in einem Gehäuse die drei Elemente, die Entwickler kommender Motorsteuerungen brauchen: MCU, FPGA-Fabric und programmierbare Analogfunktionen. Im Kern befindet sich ein fest implementierter ARM Cortex-M3 mit Memory Protection Unit, die dafür sorgt, dass ein Echtzeit-Betriebssystem laufen kann (Bild 1).

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