Desarrollo de sistema de control de servo de motor múltiple basado en plataformas integradas heterogéneas
Autores: Gou, Mingrui; Wang, Bangji; Zhang, Xilin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Desarrollo de sistema de control de servo de motor múltiple basado en plataformas integradas heterogéneas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Sistemas de servomotor múltiple
FPGA
MCU
Control en tiempo real
Núcleo IP
Alto rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de servo de motor múltiple son ampliamente utilizados en el control industrial. Sin embargo, la arquitectura de microprocesador de núcleo único basada en la unidad de microcontrolador (MCU) y el procesador de señal digital (DSP) no es adecuada para sistemas de servo de motor múltiple de alto rendimiento debido a las limitaciones inherentes en el rendimiento de cálculo y la ejecución en serie del código. La arquitectura distribuida basada en bus formada por la interconexión de múltiples controladores de unidades aumenta la complejidad de la comunicación del sistema, reduce la integración del sistema y conlleva costos adicionales de hardware y software. El arreglo de compuertas programable en campo (FPGA) posee las características de alto rendimiento en tiempo real, procesamiento paralelo y modularidad. Un solo FPGA puede integrar múltiples controladores de servo de motor. Esta investigación utiliza MCU + FPGA como núcleo para realizar un control en tiempo real de múltiples ejes de alta precisión, combinando el potente rendimiento del procesador MCU y la alta velocidad de paralelismo de FPGA. El MCU sirve como procesador central y facilita la interacción de datos con la computadora host a través de la red de área del controlador (CAN). Después del análisis de datos y cálculos eficientes, el MCU se comunica con el FPGA a través del controlador de memoria estática flexible (FSMC). Se diseña y empaqueta un núcleo de propiedad intelectual (IP) de controlador de servo de motor para una fácil reutilización dentro del FPGA. Se construye un sistema de control de motor de corriente continua (DC) micro de 38 ejes para probar el rendimiento del núcleo IP y las plataformas integradas heterogéneas. Los resultados experimentales muestran que el núcleo IP diseñado presenta una funcionalidad y escalabilidad robustas. El sistema exhibe un alto rendimiento en tiempo real y fiabilidad.
Descripción
Los sistemas de servo de motor múltiple son ampliamente utilizados en el control industrial. Sin embargo, la arquitectura de microprocesador de núcleo único basada en la unidad de microcontrolador (MCU) y el procesador de señal digital (DSP) no es adecuada para sistemas de servo de motor múltiple de alto rendimiento debido a las limitaciones inherentes en el rendimiento de cálculo y la ejecución en serie del código. La arquitectura distribuida basada en bus formada por la interconexión de múltiples controladores de unidades aumenta la complejidad de la comunicación del sistema, reduce la integración del sistema y conlleva costos adicionales de hardware y software. El arreglo de compuertas programable en campo (FPGA) posee las características de alto rendimiento en tiempo real, procesamiento paralelo y modularidad. Un solo FPGA puede integrar múltiples controladores de servo de motor. Esta investigación utiliza MCU + FPGA como núcleo para realizar un control en tiempo real de múltiples ejes de alta precisión, combinando el potente rendimiento del procesador MCU y la alta velocidad de paralelismo de FPGA. El MCU sirve como procesador central y facilita la interacción de datos con la computadora host a través de la red de área del controlador (CAN). Después del análisis de datos y cálculos eficientes, el MCU se comunica con el FPGA a través del controlador de memoria estática flexible (FSMC). Se diseña y empaqueta un núcleo de propiedad intelectual (IP) de controlador de servo de motor para una fácil reutilización dentro del FPGA. Se construye un sistema de control de motor de corriente continua (DC) micro de 38 ejes para probar el rendimiento del núcleo IP y las plataformas integradas heterogéneas. Los resultados experimentales muestran que el núcleo IP diseñado presenta una funcionalidad y escalabilidad robustas. El sistema exhibe un alto rendimiento en tiempo real y fiabilidad.