新应用程序开发

本文所讨论的软件假设为含有两个主要组件的系统。第一个是基于模型的组件，部署控制算法。 虽然模型以嵌入式目标为原则开发，从自动生成工具获取的代码本质上是通用的。第二个是手写软件组件，将通用算法代码绑定至嵌入式目标，处理调度并分配处理器资源。在重用模型和扩展性方面，这种系统分隔有一定优势。
　　本文讨论了单个电机（单轴）的控制开发。现在，想象驱动程序规格通过同一个处理器调用两个电机（双轴）控制。 无疑，这对系统来说是一个很大的变化，但采用通用模型进行工作的优势也得以凸显。已经完成开发的单轴模型不对处理器外设作出任何假设——它是PM电机的通用控制算法。因而，创建一个可以控制单轴/双轴的模型就变成了创建单轴模型第二个实例的问题。
　　自然，手写代码需要修改才能支持单轴/双轴，但假设处理器具有一组正确的外设和计算资源来控制双轴，则手写代码的修改也很直观。无论控制的是单轴或是双轴，手写代码的主要任务都是将数值分配至模型的输入、将模型的输出写入处理器外设，以及调度模型的执行时间。 因此，从单轴到双轴只不过是外设的分配/配置，并调度增加轴的算法执行时间。该过程是无缝的，并由于模型是通用的这一事实而得以实现。
　　如果只开发一个单控制系统，那么使用基于模型的设计优势有限。然而，大多数情况下，产品开发意味着多个产品变体，并且对于这些情况而言，重用模型具有很大的吸引力——不仅因为缩短了开发时间，还由于使用受信任模型而导致的质量不断上升。随着时间的推移，算法开发人员将会创建模型库；如果部署正确，这些模型可在不同产品之间重用。由于模型是通用的，它们可以运行在目前和未来的处理器上。
　　除了满足产品变体的潜在要求或控制多轴之外，开发人员有时候还能提供不同的控制器模式。 一个典型的例子便是提供扭矩控制、速度控制和位置控制模式的应用。在电流和速度控制算法的基础构建块上可以部署位置控制算法。
　　在大多数应用中，位置控制环路作为围绕内层速度和电流环路的外层。基本的位置控制器仅需比例增益项。 一般不需要积分项，因为位置环路中的任何稳态误差都会导致非零速度参考。若内层电流和速度环路经过良好调谐，则这些可以视为理想的单位增益模块，以及调谐位置环路变为一个直观的任务。
　　除了外层比例控制环路，包含一个位置参考也可能很重要，以便负载遵循定义的周期和加速度与减速度速率。 这对于最大程度减少很多系统中的机械应力而言十分重要。在本应用示例中，恒定加速度、恒定速度和恒定减速度曲线施加到位置参考变化，如图12所示；图中表示位置参考、曲线位置参考以及相应的理想速度曲线。至于哪个实际速度遵循该曲线则取决于速度控制器的动态响应。 

图12. 位置参考曲线
　　所有这些功能——位置环路增益、位置曲线以及辅助功能（比如回零定位和终端-停止检测）作为额外模块部署在代码中基于模型的部分。唯一需要的手写代码更改是I/O配置，以支持家庭位置和终端-停止信号。
　　结论
　　基于模型的设计是强大的工具，可以加速电机驱动制造商的嵌入式开发。如果以通用方式设置和配置，则可以大幅减轻手写代码开发和维护的重担。它还能加快产品上市时间，因为代码开发可在缺少硬件的情况下初始处理——只要提供关键系统组件的合理精确模型。
　　这些特性已在PMSM驱动器情形中得到证实，该驱动器在扩展至多轴和位置控制的FOC下操作。对软件模块和基于模型的组件进行分割的方法已经详细说明，可以优化基于模型的解决方案提供的数值。实验数据也表明了模型在优化速度控制器参数、代码生成紧凑性和效率方面的优势。