嵌入式DSP電機控制正在徹底改變家電行業(yè)，不僅通過提供最高水平的電機性能，而且還通過提供高性能的方法。DSP的計算能力允許用戶利用軟件建模來實現(xiàn)閉環(huán)電機控制，從而從硬件到軟件的轉(zhuǎn)變，為電機和電器制造商帶來顯著優(yōu)勢，最終改變他們的關(guān)系。
最新一代嵌入式DSP電機控制IC支持先進(jìn)的控制算法，從而使家電制造商能夠減少開發(fā)時間、成本和風(fēng)險，同時提高其產(chǎn)品的效率、功能性、降噪性和性能。雖然電子電機控制存在許多處理器選項，但DSP長期以來一直被認(rèn)為是最適合電機控制的，因為它在處理真實世界信號方面具有優(yōu)勢。如今，許多家電原始設(shè)備制造商和電機制造商正在迅速采用經(jīng)濟(jì)高效的DSP作為電機控制技術(shù)的首選。
簡單、快速且具有成本效益
家電 OEM 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今的一代電機控制 DSP 與傳統(tǒng)微控制器 （MCU） 一樣易于使用且價格低廉，并且他們已經(jīng)能夠充分利用 DSP 功率來實現(xiàn)更高級的控制算法。通過在軟件中對硬件功能進(jìn)行建模，這大大降低了系統(tǒng)成本。通過消除硬件并專注于軟件，家電OEM可以比以往更快地修改和增強其電機控制，并為整個白色家電產(chǎn)品組合（包括冰箱，洗衣機和空調(diào)）創(chuàng)建一個電機控制解決方案平臺。
艾默生電氣公司正在使用ADI公司的DashDSP系列為其大部分變速電機控制產(chǎn)品提供通用平臺。艾默生技術(shù)副總裁 Eric Wildi 表示：“這種通用性使我們能夠充分利用開發(fā)的代碼并將其應(yīng)用于完全不同的應(yīng)用和/或電機技術(shù)。這一方面，再加上閃存可重編程性、用戶友好的環(huán)境和ADI的開發(fā)工具，正在加快我們的上市時間，并大幅降低我們的工程費用。我們預(yù)計，對基于DashDSP的現(xiàn)有電機控制器的修改將需要幾天時間，而不是幾周甚至幾個月。
展望未來，下一代嵌入式DSP將不僅僅能夠進(jìn)行電機控制。下一代DSP將接管對整個系統(tǒng)的更多控制，并允許設(shè)備OEM通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電機和整個設(shè)備的運行狀況，然后在發(fā)生故障之前安排維護(hù)。下一代模擬和數(shù)字功能還將實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的無線通信和語音識別，以改進(jìn)用戶界面。
從硬件到軟件
消費者需求是推動家電OEM使用電子電機控制的主要力量。電子電機控制允許變速運行，從而為消費者提供更安靜的操作、更高的效率和更好的整體性能。例如，配備變速壓縮機的冰箱比配備定速壓縮機的冰箱使用的能量少 30%，因為壓縮機僅在所需的冷卻功率下運行。另一個好處是溫度保持更穩(wěn)定，因此由于溫度循環(huán)較少，食物可以保持更長時間的新鮮。在洗衣機中，高旋轉(zhuǎn)速度會提取更多的水，因此干衣機消耗更少的能量并更快地完成洗衣。
雖然終端消費者受益于數(shù)字電機控制，但OEM也受益于基于DSP的數(shù)字電機控制，因為DSP功能強大，足以允許軟件對硬件進(jìn)行建模。這種建模方法是通過開發(fā)和實施先進(jìn)的控制算法來實現(xiàn)的，是OEM滿足消費者需求的最佳方法。
電機轉(zhuǎn)速
軟件算法可以在不使用傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器的情況下顯著提高電機速度。轉(zhuǎn)子估計和反饋驅(qū)動電機繞組的速度越快，速度控制得越快、越準(zhǔn)確。雖然傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器可用于直接測量轉(zhuǎn)子位置，但這些組件會增加成本、制造復(fù)雜性并降低整體質(zhì)量和可靠性。高性能DSP和模擬系統(tǒng)的組合允許使用無傳感器控制軟件算法，從而在不影響性能的情況下消除對此類傳感器的需求。
新電機類型
在軟件中對電機進(jìn)行建模的能力還允許使用更廣泛的電機類型，包括交流感應(yīng)電機 （ACIM）、無刷直流電機 （BLDC） 和開關(guān)磁阻電機 （SR）。雖然一些廉價的電機由于難以精確控制而無法用于電器應(yīng)用，但DSP能夠執(zhí)行必要的控制水平。例如，考慮SR電機。SR電機的低制造成本，高可靠性和出色的扭矩特性使人們猜測它將上升到電器中使用的電機類型的最前沿。
然而，SR電機的采用速度很慢，因為這些電機難以控制，因為電機繞組必須以正確的順序激勵，需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信息。此外，SR電機是高度非線性的，導(dǎo)致高轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。基于DSP的解決方案可以在軟件中解決這兩個問題，而不會增加系統(tǒng)成本。DSP的快速計算能力與捕獲電機電流的精密模擬前端相結(jié)合，不僅可以獲得高速運行電機所需的轉(zhuǎn)子位置信息的高分辨率，而且還可用于校正轉(zhuǎn)矩非線性。直到最近，SR電機控制還要求使用傳感器或定制設(shè)計的ASIC，這增加了系統(tǒng)成本，并將SR電機的使用限制在高端、高價電器上。借助嵌入式 DSP 電機控制器，家電制造商現(xiàn)在可以在其整個家電產(chǎn)品組合中使用 SR 電機。
對制造和供應(yīng)鏈的好處
從硬件到軟件的關(guān)注點的轉(zhuǎn)變也改變了家電制造商使用電機的方式。最顯著的影響是由于DSP允許簡化軟件中的復(fù)雜電機和應(yīng)用建模。單個型號可用于不同制造商的電機，因此家電 OEM 只需使用一塊控制板即可輕松獲得第二源電機。很快，軟件算法將提供”自適應(yīng)調(diào)諧“。這種技術(shù)允許控制器在啟動時將自身調(diào)整到任何電機，以便在設(shè)備的使用壽命內(nèi)隨時更換電機。
DSP的高帶寬也可用于對軟件中的電路元件進(jìn)行建模。這減少了使用的組件總數(shù)，從而降低了成本并簡化了制造。在軟件中對電路元件進(jìn)行建模還具有減少制造可變性的有益效果。同樣，嵌入式DSP電機控制的閉環(huán)特性也使設(shè)備對電機中的制造變化不太敏感。在這些情況下，家電制造商能夠以更低的成本為客戶提供更一致的性能。
上市時間
這種控制電機的新方法的最終好處是，家電OEM可以在所有產(chǎn)品中使用一系列DSP和算法，以縮短上市時間并節(jié)省投資費用。用于控制 BLDC 冰箱壓縮機的相同算法也可用于控制 BLDC 空調(diào)壓縮機。同樣，用于功率因數(shù)校正等功能的其他軟件算法也可以用作所有產(chǎn)品的通用平臺。
通過將軟件從一代產(chǎn)品”重用“到下一代產(chǎn)品，進(jìn)一步縮短了上市時間。改進(jìn)軟件或添加新功能只需很少或無需修改硬件即可完成，從而簡化了產(chǎn)品鑒定和認(rèn)證測試。
未來趨勢
雖然DSP為當(dāng)今的電器和電機制造商提供了相當(dāng)大的好處，但在不久的將來，電機控制DSP帶寬將以相同的價格從20 MIPS增加到150 MIPS增加七倍以上。由于白色家電的電機控制將需要20至40 MIPS的帶寬，因此無需向控制板添加額外組件或DSP復(fù)雜性即可處理新功能。
例如，語音識別需要10到20 MIPS才能實現(xiàn)”自然語言“識別，而不是簡單的”命令和控制“。后者要求用戶說出單個單詞命令，而前者允許用戶像往常一樣連續(xù)說話。”自然語言“識別還允許用戶說出完整的數(shù)字，而不是一次說一個數(shù)字。例如，”515“可以說成”五百一十五“而不是”五一五“。語音識別在電器中的使用將徹底改變用戶界面，甚至可以集成到當(dāng)今的電機控制DSP中。但這場革命并沒有隨著語音識別而結(jié)束——這項技術(shù)的一個分支將是主動降噪，這將進(jìn)一步減少電器產(chǎn)生的噪音。這可能允許家電OEM使用噪音更大，更便宜的電機，因為該軟件可以在不增加成本的情況下降低噪音。
有線或無線通信是可以嵌入電機控制DSP中的附加功能。DSP已經(jīng)成為通信的首選處理器，當(dāng)今許多DSP內(nèi)核上都存在多種應(yīng)用。可以包括用于有線通信的簡單軟件調(diào)制解調(diào)器，或者可以在芯片中包含RF模塊，DSP處理無線信號的解釋和控制。
由于 DSP 可用于監(jiān)控電器電機的運行狀況，因此包含互聯(lián)網(wǎng)通信將允許家電 OEM 遠(yuǎn)程監(jiān)控其所有正在使用的產(chǎn)品。這將產(chǎn)生兩個重要而有益的結(jié)果。首先，它將允許OEM在發(fā)生故障之前安排設(shè)備的維護(hù)。其次，它將允許OEM收集有關(guān)其產(chǎn)品中電機性能的最新實時信息，以便他們可以將這些信息反饋給電機制造商。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將展示電機如何在許多不同環(huán)境中的實際產(chǎn)品中運行，并將幫助電器和電機制造商在未來制造更好、更可靠的產(chǎn)品。
總結(jié)
越來越多地使用DSP來控制電動機，這表明電機控制正在將其重點從硬件轉(zhuǎn)移到軟件。這種轉(zhuǎn)變是由于DSP具有優(yōu)越的帶寬以及它們對處理真實世界信號任務(wù)的適用性。這種轉(zhuǎn)變的結(jié)果是，家電制造商在選擇在其應(yīng)用中使用哪種類型的電機時，現(xiàn)在有更多的選擇。軟件建模的使用，除了提高性能、降低成本、提高可靠性和效率外，還增加了家電制造商的靈活性，使他們能夠二次采購電機。
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