실시간-모터 제어 소개
실시간-모터 제어는 지정된 시간 내에 모터 신호 획득, 제어 계산 및 명령 출력의 전체 프로세스-를 완료하는-폐쇄 루프 제어 기술을 의미합니다. 핵심 요구 사항은 모터 작동 상태에 대한 제어 시스템의 응답 대기 시간이 정의된 임계값 미만으로 유지되어야 한다는 것입니다. 시스템은 모터 부하 및 작동 조건의 실시간 변화에 따라 제어 출력을 동적으로 조정하여-미리 설정된 사양에 따라 안정적인 작동을 보장해야 합니다. 이 기술은 산업자동화, 로봇공학, 신에너지 운송 등 분야에서 정밀한 모션 제어를 구현하기 위한 기반이 되는 기술이다.
실시간-모터 제어의 구성요소
기술적으로 실시간 모터 제어 시스템의 아키텍처는 일반적으로 감지 계층, 제어 계층, 구동 계층이라는 세 가지 핵심 구성요소로 구성됩니다. 감지 계층은 위치 인코더, 전류 센서, 속도 센서와 같은 구성 요소를 활용하여 회전자 위치, 위상 전류, 회전 속도 및 토크를 포함한 실시간 작동 매개변수-를 캡처하고{4}}이 데이터를 매우 짧은 간격으로 제어 장치에 전송합니다. 획득된 실시간-상태 및 대상 명령을 기반으로 제어 계층은 제어 알고리즘을 실행하여 할당된 시간 내에 새로운 구동 제어 신호를 생성합니다. 그런 다음 구동 계층은 전력 장치의 스위칭 상태를 조정하여 모터에 공급되는 전압 및 전류 주파수를 수정함으로써 모터 작동 상태를 실시간으로-조정할 수 있습니다. '실시간' 요구사항을 충족하기 위해 제어 주기는 모터 유형 및 애플리케이션 시나리오에 따라 설정됩니다. 표준 산업용 팬 및 펌프는 일반적으로 밀리초 수준의 주기로 작동하지만 산업용 로봇 조인트 및 서보 모터에는 수백 또는 수십 마이크로초 범위의 주기가 필요한 경우가 많습니다. 모든 계산과 출력은 각 주기 내에서 완료되어야 합니다. 그렇지 않으면 제어가 불안정해지고 성능이 저하될 수 있습니다.
실시간 모터 제어를 위한 핵심 기술-
핵심 기술 수준에서 알고리즘과 하드웨어 플랫폼은 실시간 제어 성능을 결정하는 두 가지 중요한 요소입니다.{0}} 알고리즘과 관련하여 기존 PID 제어는 단순한 구조와 낮은 계산 부하로 인해 적당한 정밀도가 필요한 애플리케이션에 가장 일반적인 솔루션으로 남아 있습니다. 그러나 제어 정밀도 및 동적 응답에 대한 업계의 요구가 강화됨에 따라 모델 예측 제어(MPC), 적응형 제어, 슬라이딩 모드 제어, 지능형 제어(예: 퍼지 제어 및 신경망 제어)-와 같은 고급 알고리즘-이 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 이러한 고급 알고리즘은 더 높은 계산 복잡성을 수반하므로 제어 하드웨어의 실시간 처리 기능에 대한 요구가 더 커집니다.{8}} 하드웨어 플랫폼과 관련하여 초기 실시간{10}모터 제어 시스템은 주로 전용 아날로그 제어 회로를 활용했습니다. 안정적이지만 기능적 유연성이 부족했습니다. 현재 주류 솔루션은 임베디드 마이크로컨트롤러(MCU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 필드{12}}프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 전용 모션 제어 칩과 같은 플랫폼을 활용하는 디지털 제어에 주로 의존합니다. 특히 FPGA는 하드웨어 기반 병렬 처리 기능을 활용하여 매우 짧은 주기 시간으로 고속 계산을 달성하는 다중-모터 동기 제어 및 높은-동적 서보 제어 애플리케이션에 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 또한 실시간 운영 체제(RTOS)를 기반으로 하는{19}}산업 제어 플랫폼이 널리 보급되고 있습니다. 이는 작업 예약 우선 순위를 구성하고 인터럽트 응답 대기 시간을 최적화하여 지정된 시간 내에 제어 작업이 완료되도록 보장합니다.
실시간 모터 제어를 위한 특정 모델-
AM263Px Sitara™ Arm® 마이크로컨트롤러는 차세대 산업 및 자동차 임베디드 제품의 복잡한 실시간 처리 요구사항을 충족하도록 설계되었습니다.- AM263Px MCU 제품군은 최대 4개의 400MHz Arm® Cortex®-R5F 코어를 갖춘 여러 핀{5}}대{6}} 호환 장치로 구성됩니다. Arm® R5F 하위 시스템은 록스텝 또는 듀얼{12}}코어 모드에서 작동하도록 프로그래밍하여 다양한 기능 안전 구성을 가능하게 합니다. 산업용 통신 하위 시스템(PRU-ICSS)은 통합 산업용 이더넷 프로토콜(예: PROFINET®, EtherNet/IP®, EtherCAT® 등), 표준 이더넷 연결 및 맞춤형 I/O 인터페이스를 지원합니다. 이 시리즈는 고급 아날로그 감지 및 디지털 드라이브 모듈을 활용하는 미래의 모터 제어 및 디지털 전력 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.
여러 개의 R5F 코어는 256KB의 공유 TCM(Tightly Coupled Memory)과 3MB의 공유 SRAM을 갖춘 클러스터형 하위 시스템으로 구성되어 외부 메모리에 대한 의존도를 크게 줄입니다. 온칩 메모리, 주변 장치 및 상호 연결 전반에 걸쳐 광범위한 ECC 구현을 통해 신뢰성이 향상됩니다.- 하드웨어 보안 모듈(HSM)-관리형 세분화된 방화벽을 통해 개발자는 안전에 민감한 시스템에 대한 엄격한 설계 요구 사항을 충족할 수 있습니다.- AM263Px 장치는 암호화/암호 해독 가속 및 보안 부팅 기능도 제공합니다.
실시간-모터 제어 매개변수
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CPU |
팔 피질-R5F |
|
ADC 유형 |
5 12-비트 SAR |
|
전체 처리(MIPS) |
0.0008 |
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특징 |
자동화, CAN, CAN FD, EnDat 2.2, EtherCAT, EtherNet/IP, 이더넷, 외부 메모리 인터페이스, 하드웨어 암호화(AES/DES/SHA/MD5), I2C, IO{3}}Link, 통합 산업용 프로토콜, OSPI, Profinet, QSPI, SD/SDIO, SPI, UART |
|
UART |
6 |
|
할 수 있다 (#) |
8(CAN-FD) |
|
PWM(채널) |
64 |
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보안 |
암호화 가속, 장치 수명주기 관리, 보안 부팅, 보안 디버그, 보안 프로비저닝 |
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ADC 채널 수 |
30 |
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SPI |
8 |
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작동 온도 범위(도) |
-40~125 |
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평가 |
목록 |
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통신 인터페이스 |
CAN, CAN-FD, I2C, OSPI, QSPI, SD/SDIO, SPI, UART |
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운영 체제 |
베어메탈(OS 없음), FreeRTOS, ThreadX |
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하드웨어 가속기 |
삼각 수학 가속기 |
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엣지 AI 활성화 |
예 |
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GPIO 수 |
140 |
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