RZ/T1 微控制器:用户之声

第3章

市场与技术的发展日新月异,您能想象出3年后业务的蓝图吗?
在《致勾勒未来蓝图的工程师们的提案》中,我们将为您提供为可以帮助您实现3年后未来规划的线索。

伺服电机控制权威对RZ/T1的可能性预估

在第一篇和第二篇文章中,我们了解了在物联网(loT)/机器通信(M2M)的时代背景下,工厂自动化(FA)前沿正在发生的变化,尤其是与伺服电机控制相关的变化。在第三篇文章中,我们分别与国立台北科技大学的Yen-Shin Lai教授和德国公司K的研发经理进行了对话。

Yen-Shin Lai教授致力于推动电机控制领域的尖端研究,公司K是一家FA设备的制造商。他们都使用了瑞萨电子的RZ/T系列产品,因此可以为我们提供来自于研发第一线的最真实的反馈。

The possibilities of RZ/T1 as seen by authorities on servo motor control

RZ/T1:对伺服电机进行尖端研究的基本要素
专访国立台北科技大学的Yen-Shin Lai教授

您和您的团队的研究领域是什么?

在过去的20年中,我们在FA相关领域的主要研究主题是振动抑制和伺服驱动控制,尤其是交流驱动器的PWM控制、直流无刷电机驱动器(带/不带霍尔传感器)、感应电机驱动器的弱磁控制,以及SMPMSM*1和 IPMSM*2的MTPA*3和MTPV*4控制。

您能否详细介绍一下您使用RZ/T1所从事的系统研发工作?此外,RZ/T1如何兼容您的系统?

我们的现有研究涉及采用带17位绝对编码器的750W SMPMSM来设计和实施高带宽伺服驱动器,包括电流环、速度环和位置环在内的所有控制均可通过RZ/T1实现。我们开发伺服驱动器的目标包括研究高带宽控制器。RZ/T1的特性包括浮点运算、600 MHz 的CPU时钟、快速的AD转换时间和高分辨率PWM生成,这些特性可以帮助我们在每个开关周期实现双采样,并在8微秒内完成电流回路控制的运算。根据我们的测试,如下结果只能使用RZ/T1的带FPU的32位ARM®Cortex®-R4处理器来实现。

  1. 对于10 kHz的开关频率,电流环和速度环的带宽分别为1.5 kHz和200 Hz。
  2. 对于20 kHz的开关频率,电流环的带宽为2.6 kHz(速度环带宽尚在试验中)。

*1 SMPMSM(表面安装式永磁同步电机)

*2 IPMSM(内置式永磁同步电机)

*3 MTPA(每安培最大扭矩)

*4 MTPV(每伏特最大扭矩)

YEN-SHIN LAI, 特聘/讲座教授

YEN-SHIN LAI


Fellow IEEE 的创始人
电力电子技术中心
国立台北科技大学
电机工程系

要点:高带宽控制器具有哪些优点?

控制环运算可在高带宽下(在短时间内)完成,因此伺服可以更快的速度和更高的精度进行操作。当伺服可以快速、准确地转向一个指定位置时(如果它准确停止无过冲,则视为理想情况),它可以大幅度地改善诸如工业机器人的生产效率。

伺服驱动器的发展

在实际使用RZ/T1后,您对RZ/T1的看法如何?

在伺服驱动器的开发中使用RZ/T1后,在性能方面有一些突出的表现。

  1. 带600 MHz最高工作频率的浮点CPU缩短了计算时间及相关延迟。
  2. 带60MHz时钟和12位分辨率的SAR ADC模块(ADC转换时间为600毫微秒)降低了采样延迟。
  3. 集成多协议编码器硬件接口,减少了用于编码器数据处理所需的CPU负载。

在伺服系统的未来发展趋势方面,您认为RZ/T1会发挥什么作用?

使用RZ/T1所实现的伺服系统的重要功能包括FFT和振动抑制。我们已经完成了电流环和速度环控制的评估,接下来我们将开始评估位置环控制。基于这些结果,我们正在规划使用RZ/T1的伺服驱动器参考套件,以应对行业需求。此外,为充分利用RZ/T1的性能,我们计划研究以下方面:内置的多协议编码器接口、振动频率规范和控制、以及参数的自动确定。我们预计RZ/T1将在高性能伺服驱动控制技术的开发中获得进一步发展。

非常感谢您的宝贵时间。您对RZ/T1的研究表明,伺服驱动控制技术需要更高的性能。我们期待您的研究结果。

大幅度的降低高度集成设备的设计复杂性
专访德国K公司的研发经理

您能介绍一下正在开发的产品类型和市场领域吗?

作为K公司控制工程的研发经理,我需要负责挑选我们的战略控制器。K公司是德国驱动技术制造商,制造FA设备,包括电机、齿轮、离合器和制动器在内的机电产品,以及 包括变频器、伺服驱动器、PLC的和运动控制器在内的电子产品。各类机器制造商都在使用我们的产品,例如塑料机械、纺织机械、木工和可再生能源等行业。

您将瑞萨电子RZ/T1用于应用的哪些方面,您为什么会选择这个产品?

RZ/T1控制器将用于我们的变频器和伺服驱动器。我们之所以选择瑞萨电子的产品,主要是考虑它们卓越的性能(SH)、广泛的产品范围(H8)和优良的品质(所有设备)。从H8/3048产品开始我们就一直使用瑞萨电子的产品,我们最新产品搭载了瑞萨电子的SH2A控制器。从这个角度来看,使用RZ/T1通过逻辑迁移方式即可实现更高性能产品。除此之外,RZ/T1还是一个高集成度的设备,包括实时-以太网通讯用专用外设、编码器接口和Σδ型电流传感器接口。由于这些功能在过去是通过使用诸如FPGA的外部设备才能实现,而使用RZ/T1可大幅降低设计复杂性。当然,它还能够将物料总成本降低25%以上。

您真正接触RZ/T1后对其有何印象?

虽然我们仍处在评估的早期阶段,我尤其可以说选择Cortex®-R4内核而非标准Cortex®-A7或Cortex®-A9内核的决定值得高度赞赏。相比其他基于ARM的竞争对手,这样做可获得极佳的实时功能。而且RZ/T1的中断响应时间与SH系列处于同一水平。结合基于Cortex®-M3的R-IN引擎,我们可以将通信和用户接口任务与应用程序中伺服系统的运动控制部分分离开来。此外,瑞萨电子支持RZ/T1系列的开发工具是另一优势,当我们切换到基于RZ/T1的项目时,工作量会大大减少。

对于我们的下一代RZ/T1和瑞萨电子,您有何要求?

当然,软件开发者的第一反应是我们希望拥有更多性能。我相信下一代RZ/T1将使用基于Cortex®-R4的更快的时钟。我认为提高R-IN引擎子控制器的性能也很重要,因为根据物联网和工业4.0的所有要求,由R-IN引擎处理的应用部分将会增加,这也包括操作系统支持以及软件平台的支持。就集成实时以太网接口而言,我认为集成“POWERLINK”也很重要。

感谢您从产品开发角度与我们分享。基于针对我们下一代产品的宝贵建议,瑞萨电子将继续开发新产品,满足产品规划者和开发者的需求。

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ASIC-less solution by RZ/T1 encoder interface

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RZ/T1 运动控制解决方案套件支持快速开发

虽然我们在这篇文章中提到的两人都处在尖端研发的第一线,但这并不意味着RZ/T1仅适用于拥有专门技术知识的人。瑞萨电子提供RZ/T1运动控制解决方案套件,这使得它在很短的时间内能够开发高速、高精度交流伺服驱动器和工业机器人系统。该套件包含驱动伺服电机的必要环境。有可能在打开套件后30分钟内驱动电机的同时开始评估和开发。该套件还包含电路板设计信息和软件控制源代码,因此它有助于大幅缩短开发时间。点击这里查看。

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