设计高性能和低功耗的电机控制系统（一）

　　● 双内部高精度振荡器；无需外部晶体

　　● 12位A/D转换器具有16通道，最大采样频率为每秒4.6兆样本

　　● 多达19通道的PWM输出，具有可配置自动死区

　　● 19个PWM通道中有多达8个可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150皮秒

　　● 增强型正交编码器脉冲（QEP）和增强型捕捉外设（eCAP）可以简化传感器解码

　　精确和准确控制

　　Piccolo架构提供极佳的处理功能，达每秒4000至8000万条指令（MIPS）。这样的高性能使开发者不仅能够同时监视和控制多个电机，还能够执行更复杂的控制算法以实现更高的精度、更流畅的性能和更低的功耗。例如，单一Piccolo MCU能够在控制两个电机的同时维持有源PFC控制，并且仍然有足够的处理能力来执行高级电机控制算法，例如无传感器的磁场定向控制（FOC）。

　　脉宽调制（PWM）在产生供应给电机或高性能电源的电压或电流中发挥重要的作用。控制算法的最新改进使开发人员能够实施高度精确的算法，以提供与系统行为实时变化相适应的动态控制。FOC具有很多优势，包括低速的全电机扭矩功能、出色的动态行为、跨越很大速度范围的高效率、对扭矩和磁通的解耦控制、短期过载功能和四象限操作。但是，FOC也要求比标准的控制方案明显更加复杂的计算。

　　FOC原理是通过对电机的相电流进行采样来控制定子磁场的角度和振幅分量，然后进行转换，使其易于控制。电机的三相电流通过ADC读入系统。这些相电流处于三相旋转域内，并使用Clarke变换将其转换为二维旋转域。由此，可使用Park变换将这两个相位转换到固定域内，如图1所示。Clarke和Park变换可被可视化为彼此的矢量投影，如图2所示。Park变换会产生通量分量Id和转矩分量Iq。永磁电机的电机转矩仅取决于转矩分量Iq。因此，最便捷的控制策略即是将通量分量（Id）设置为零，这将最大限度地减少转矩电流比并提高电机效率。电流分量的控制需要具备有关瞬时转子位置的知识。转子位置既可使用无传感器技术计算，也可使用传感器测量。由于Park变换的输出位于固定域中，因此可使用PID回路等传统技术进行控制。然后可将PID回路的输出输入到逆向Park、逆向Clarke中，然后直接输入到电机驱动器。

　　图3所示为完整的FOC电机控制系统，该系统使用无传感器技术以获取转子位置。三相逆变器的ADCINx和ADCINy输出是三个相电流之二；第三种很容易计算。如上所述，相电流从此处输入Parke和Clarke变换中。此无传感器系统根据三相电流的反馈使用“SMOPOS”和“SMOSPD”计算转子位置，消除了使用昂贵传感器的需求。

　　FOC是一种针对使用永磁（PM）电机的系统而设计的重要技术。PM电机在白色家电中的普及度日益增加，它们具备更高的功率密度且不易磨损，因此效率非常高。

　　开发人员仅需提供几个矢量和旋转方向就可实现输出的实时信号更新。FOC等先进的控制机制是提高性能但不增加成本的重要技术。Piccolo架构大幅简化了对称PWM波形的生成。利用Piccolo MCU，开发者可以轻松引入更改精确的控制，同时仍然为PFC留出足够余量。事实上，TI是第一个以2–6美元的价格点在单芯片上同时支持PFC和FOC功能的公司。