算法

了解关键的ADI iCoupler®数字隔离、控制、传感和通信技术如何直接通过部署SiC和GaN功率转换及日益复杂的多级控制拓扑来解决面临的挑战。

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<strong><a href="http://www.analog.com/cn/applications/markets/internet-of-things.htmll"…，获取更多IOT物联网设计信息</a></strong>

<strong>作者：Andrei Cozma 和 Eric Cigan</strong>

<strong>简介</strong>

电机在各种工业、汽车和商业领域应用广泛。电机由驱动器控制，驱动器通过改变输入功率来控制其转矩、速度和位置。高性能电机驱动器可以提高效率，实现更快速、更精确的控制。高级电机控制系统集控制算法、工业网络和用户接口于一体，因此需要更多处理能力来实时执行所有任务。现代电机控制系统通常利用多芯片架构来实现：数字信号处理器(DSP)执行电机控制算法，FPGA 实现高速 I/O 和网络协议，微处理器处理执行控制1。

随着片上系统(SoC)的出现，例如集 CPU 的灵活性与 FPGA 的处 理能力于一体的 Xilinx® Zynq All Programmable SoC，设计人员终于能够将电机控制功能和其他处理任务纳入单个器件中。控制算法、网络和其他处理密集型任务被分流到可编程逻辑，而管理控制、系统监控与诊断、用户接口以及调试则由处理单元处理。可编程逻辑可以包含多个并行工作的控制内核，以实现多轴机器或多重控制系统。由于在单芯片上实现了完整的控制器，因此硬件设计可以更简单、更可靠、更便宜。

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在印刷机械行业中，多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求，尤其是对于多色印刷，为了保证印刷套印精度（一般≤0.05mm），要求各个电机位置转差率很高（一般≤0.02%）。在传统的印刷机械中，以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案，但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象，各个机组互相干扰，而且系统中有许多机械零件，不方便系统维护和使用。随着机电一体化技术的发展，现场总线技术不断应用到各个领域并得到了广泛的应用。本文针对机组式印刷机械的同步需求，提出了一种基于CAN现场总线的同步控制解决方案，并得以验证。

<strong>无轴传动印刷机控制系统的同步需求</strong>

机组式卷筒印刷机一般由给纸机组、印刷机组、张力机组、加工机组和复卷机组等机组组成。在传统的有轴传动印刷机中，动力源由异步电机通过皮带轮带动一根机械长轴（约10-20m），然后通过长轴带动各机组的齿轮、凸轮、连杆等传动元件，再通过传动元件带动设备的执行元件完成设备的输人、输出任务。

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《GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法》中电机效率的测试方法有A法、B法、C法、E法或E1法、F法或F1法、G法或G1法、H法，另外对于支持调速的电机，还有MAP图法，不同的试验方法适应不同的电动机，不同试验方法准确性也不一样，下面就让我们一起来看一下几种常用测试方法的区别。

《GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法》中电机效率的测试方法有A法、B法、C法、E法或E1法、F法或F1法、G法或G1法、H法，另外对于支持调速的电机，其中常用的有A法(输入-输出法)、B法(测量输入和输出功率的损耗分析法)、E法(测量输入功率的损耗分析法)。对于支持调速的电机，像变频电机、伺服电机等，就需要用电机效率MAP图测试法。不同的试验方法适应不同的异步电动机，不同试验方法准确性也不一样，下面重点介绍常用的A法、B法、E法、MAP图法。

电机A法效率测试(输入-输出法)：

A法的特点是由测得的输出功率与输入功率之比就可知电机的效率。此直观效率值与测试时的介质温度值有关。为提高测试结果的准确性和便于分析比较，需用修正到基准冷却介质温度(25℃)的输出功率和输入功率，计算电机的效率。A法适用于不大于1KW的异步电动机，平时电机效率试验大多都是使用A法进行的。

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<strong>Tom Meany ADI公司</strong>

功能安全指与电气和电子系统正常运行相关的安全性能。目前，变速驱动器在实现功能安全方面发挥着重要作用。以前，面向电机控制应用的功能安全是通过驱动器外部的安全继电器和接触器来实现的。但随着安全特性被集成到驱动器当中，STO、SLS等安全功能可以集成到驱动器上，从而提高工厂的生产效率。集成安全要求采用集成电路，但是，解读变速驱动器中所用集成电路的功能安全要求并非易事。理想情况下，所有此类IC均应符合IEC 61508规范，但其成本高昂，因此各项标准并未予以要求。本文将尝试总结相关指导方针，以便在变速驱动器的设计中选用正确的集成电路。本文的目标之一是不使用术语概括各个主题。

<strong>功能安全的三个关键要求</strong>

功能安全有三个关键要求：

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<strong>作者：Ralph McCormick和Derrick Hartmann，ADI公司。</strong>

1788年，James Watt设计了离心“飞球”调速器——一个控制发动机速度的反馈阀门——从而大幅提高了蒸汽发动机的自我调节能力。Watt的创新提供了操作稳定性和安全性，实现了蒸汽发动机的日常使用。这是一种为机器提供自我调节能力，并最终稳定发动机的技术，推动了第一次工业革命中生产力的大幅增长。今天，工业4.0和智能制造“信息-物理系统”通过全新的工厂机器和系统自主校正反馈继续着这一革命性的变革。

嵌入式信息处理、扰动传感、测量和智能网络连接技术的发展实现了从基本自我调节系统到不断灵活、自适应、了解自己的机器的转变。这类机器自主使用自身的健康、状态和环境信息来进行物理过程的监测和控制，并且通常是实时的，因此整个工厂便能实现局部和工厂级的完全优化。物联网、信息-物理系统和云技术正推动物理世界和虚拟世界的融合，针对制造系统所有级别的相关信息提供无与伦比的访问能力，并不断改进制造安全性、可靠性、生产率和效率。

<strong>智能工厂</strong>

<font color="#FF8000">作者：Dara O’Sullivan ADI公司系统应用工程师</font>

功率因数校正(PFC)对于工业电机驱动来说越来越重要，这在很大程度上是因为共用事业公司一端加强谐波含量监管所导致的；其他附带好处包括：效率、电压质量和导体额定值。与模拟器件相比，数字PFC控制器成本更高，且可能更复杂。但是，如果考虑到主电机控制处理器的功能，则数字PFC能为整体系统设计带来极大的附加价值。

本文强调数字PFC控制器在整体系统监控、保护和时序方面为工程师带来的系统级优势。该控制器在真实电机控制系统平台上的部署以图例和/或图形表示，并显示硬件以及软件框架，同时辅以实验验证。

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本视频介绍了PCIM的ADI展台，展台展示了CNC机两个轴的电机控制，CNC机的轴由一个微处理器ADSP-CM40X控制，该微处理器只需使用一个处理器就可以控制两个轴，详细介绍请观看视频。

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<font color="#FD8900">作者：Aengus Murray</font>

国际能源报告显示，2006年电子电机的能耗为全球电能消耗总量的46%，相当于6040 Mt CO2排放量1
。这导致人们要求电机驱动器制造商新增高级控制功能和工具，以便优化系统能效。在工厂生产系统中优化能效的新电机驱动器生态系统已得到了全球范围内的广泛认可。对于欧洲来说，得益于节能政策，工业电能消耗量呈现出每年1%的下降趋势2。

工厂中最常用到电机的地方是电泵、风扇、压缩机和运输机，且电机在这些应用中大多属于标准产品。小型机器设备中使用的小型电机(低于0.75 kW)占全球存量的90%，但电机能耗不到总量的10%。然而，中等尺寸(0.75 kW至350 kW)的工业电机几乎占全球电机能耗的70%。在一个典型应用中，仅有50%的系统能耗转换为有用的机械能，这引起了全球能源法规制定者和厂商的重视。过去几年来，美国、中国、欧洲和其他地区的监管机构引入了最低能耗性能标准(MEPS)。优质电机的额定能效等级现在可从最低功耗范围时的80%到最高时的96%，因此厂商开始在电机以外寻求节能手段。