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  • ST마이크로일렉트로닉스의 STM32F30X와 L6230 탑재한 모터 컨트롤 에코시스템
    카테고리 없음 2020. 3. 14. 11:57

    AntoninoBruno, DinoCostanzo, GianluigiForteSTMicroelectronicsST의 모터 컨트롤 에코 시스템 개요ST 마이크로1 렉트로닉스의 에코 시스템은 디지털 및 전력 시스템 솔루션 분야에서 지식과 시스템의 전문성을 축적해 왔다.이를 활용해 전력 디스크리트부터 인텔리전트 파워 모듈, 모터 드라이버 IC, 과인아가 우수한 전산 기능과 전용 주변기기를 결합한 최근의 디지털 마이크로 컨트롤러에 이르기까지 혁신적인 제품을 폭넓은 포트폴리오로 재공하기 위해 모든 종류의 모터도 지원할 수 있다.ST는 2002년부터 3상 모터 컨트롤에 주력하면서 모션 컨트롤 애플리케이션의 시장 발매기간 단축을 위해 자속기준 제어(field oriented control; FOC) 소프트웨어 개발키트(STM32 PMSMFOCSDK와 STMC 워크벤치)와 같은 전용 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 개발해 왔다.곧 출시될 STM32PMSM FOCSDK와 STMC 워크벤치의 경우 STM32F 30x MCU 시리즈도 지원할 예정이었다. 이 마이크로컨트롤러는 72MHz DSP와 FPU 명령을 갖춘 32비트 ARM Cortex-M4 코어를 당초 단아날로그 주변기기와 결합해 유연성을 향상시켰다.STM32F3와 FOC의 장점 FOC는 삼상모터 가변속도 구동기(Variable Speed Drives)의 여러 측면을 최적화하는 수학적 기법이었다. 여러 측면에는 과도 상태인 DC 모터와 같은 최적의 전자 토크 반응(electromagnetic torque response), 최상의 에택지 효율성, 매끄러운 토크 발발 및 사인파 전류파형에 의한 무음 작동 등이 포함된다.기본적인 하드웨어는 마이크로컨트롤러, 3상 인버터, 위상전류검출을 위한 툴(센트 저항, 절연전류신호변환기), 그리고 로터각을 검출하는 툴(인코더, 홀센서, 리졸버, 알고리즘)로 구성된다.응용범위는 공장자동화(로봇, PLC, CNC)에서 가전(세탁기, 에어컨), 산업용 제품(펌프, 팬), 그리고 의료 및 피트니스 기기 등 다양한 분야로 활용된다. 물론 전력 크기는 차이가 크다.STM32F30x 마이크로컨트롤러는 STM32 제품군이 모터컨트롤 분야에서 축적해 온 경험으로 인해 'FOC 마스터'가 될 것으로 기대되고 있다. 부동소수점장치(FPU)를 갖춘 Cortex-M4 코어, CCM(Core-Coupled Memory) RAM, 내장 고속 아날로그, 개선된 디지털 주변기기 등의 모든 기능이 최상의 성능을 보이기 위해서였다.부동소수점장치(FPU) IEEE 754를 준 누군가는 단 1정도 FPU(single precision floating point unit)는 새로운 애플리케이션을 빠르게 개발하는 데 중요한 핵심 요소다.사실 정수과인 고정소수점 수는 느리고 세밀한 설계를 요구하기 때문에 엔지니어들이 좋은 새로운 콘셉트로도 연구하기를 꺼려요. 기존의 설계를 약간 수정하는 것도 위험한 1로 여겨질 정도이며, 실제로 위험하기도 하다.반면 FPU에서 작업하는 프로그래머들은 수학을 이용해 사건점을 더 쉽게 해결한다. 수정, 시제품 작업 및 테스트가 빠르기 때문에 결과적으로 작업을 간간이 완료하는데 도움이 된다.또, 레디투유즈 ARM CMS IS DSP 소프트웨어 라이브러리는, 공통신호 처리 기능, 그 중에서도 디지털 필터(IIR, FIR, LMS, 컨볼루션), 변환, 복잡한 수학적 계산등이 가능하다.FPU 유닛은 Masworks의 ' '이다."Embedded Coder"와 같은 이다베디드 코드 자동 발생을 위한 툴을 쉽게 활용할 수 있다. 그러나 많은 경험을 가진 모터제어 엔지니어는 시계 수집가의 시계만큼 비트로 주변기기를 설정하고 동기화해야 하기 때문에 '이건 내 영역이 아닌데'라고 소견할 수 있을 것이었다. 저희도 그런 소견에는 동의합니다.이다베디드 코더는 알고리즘 블록의 번역물이므로 알고리즘 블록의 경계를 입출력 변수 측면에서 추적하여 발생한 (F3 코어를 위해 최적화된) 코드를 수동으로 설계한 펌웨어 플레이더 안에 플러그합니다.이러한 접근방식의 결과는 분명하다. PIL(Processor-In-the-Loop) 시뮬레이션으로 최악의 상황에서도 알고리즘을 깊이 테스트할 수 있어 펌웨어의 신뢰성이 한층 높아져 시장 발매 시에도 단축된다.CCM-RAM과 듀얼 FOCSTM32F303 아키텍처는 대기 상태(플래시 메모리가 CPU 주파수와 1 값이기 때문에)인 태스크 반복 주파수(관련 코드가 버퍼 가속장치 내에서 통계상 멈추기 때문에)에 관계없이 Cortex-M4 코어의 전산 기능을 100% 사용할 수 있는 최고의 소스를 제공합니다. 8Kbyte CCM RAM은 Cortex-M4 명령버스와 링크되어 있다.명령어는 CCM 부분에 위치해 대기 상태 없이 불러올 수 있는 반면 데이터는 S램에서 별도의 D-버스로 접속해 통한다. 따라서 이 프로세서의 3단계 파이프라인은 모든 기능을 100% 발휘해 구동할 수 있다.8Kbyte는 센서스 알고리즘, 전류측정, 공간벡터 변조, PI(D) 레귤레이터, 변형 및 필터링 등 STM32F3MC 라이브러리의 계산집중 섹션(computation intensive sections)과 같은 경우에 적합한 최적의 수치였다.EWARM, MDK-ARM, GNU 등의 툴체인으로 활용할 수 있는 1플러그마 명령어과인 2속성 키워드 덕분에 CCM 부분에 선택적으로 기능을 배치할 수 있다. 곧 출시될 STM32PMS MFOCSDK v3.4에서 실행한 사전 테스트에서 센서스 알고리즘을 구성하는 FOC 실행기간이 72MHz로 구동되는 동1의 기계에서 29%까지 단축될 것으로 과인되었다.그러므로 STM32F303 상에서의 듀얼 및 동시 FOC는 STM32PMSM FOCSDK의 풍부한 주변기기(서론에서 스토리함과 동시에), 특허취득 하드웨어 가속화, 저렴한 CPU 로드, 오래간다.펌웨어의 구축에 의해 가능해졌다.내장돼 개선된 주변기기=새로운 STM32F30x 마이크로컨트롤러 제품군은 모터컨트롤러 분야에서 10년 이상의 경험과 전문성을 활용하도록 고안됐고 모터컨트롤 전용 제품도 확대해 왔다. 코어를 향상시키고 계산 능력도 나빠졌지만 아날로그 주변기기가 새로 추가되면서 CPU 작업량을 줄이고 외부 컴포넌트 수도 줄었다.제품에는 아날로그-디지털 컨버터와 직접 연결된 4개의 PGA(programmable gain amplifiers)가 내장되어 있습니다. 이들 앰프는 8.2MHz 대역폭과 4.7V/μs 스루율(slewrate)로 설계돼 최소 당초단 모터 전류 감지 기법을 활용할 수 있는 크기로 제작됐다. 컨트롤 기법에서 이러한 유연성이 요구된다면 PGA 이득은 소프트웨어에서 x2-x16의 4가지 다른 값 중 밑값에서 내부적으로 변경되어 거과인 외부 네트워크로 고정될 가능성이 있다.이 마이크로컨트롤러에는 최대 7개의 날렵한 비교측정기, 최대 90ns 전파지연이 내장되어 있다. 과전류 및 과전압 폴트 등의 안전관리기능제품에 들어가는 PWM 주변기기 각 2개의 비상인풋 중 1개에 직접 접속가능하다. 이처럼 폴트를 관리하는 것은 단순한 모터 구동의 핵심 요소다.6개의 PWM 출력(중 2개는 STM32F303버전 탑재)을 발생시키는데, 최단타이머 주변기기가 사용되면서 2개의 채널이 추가되어 향상되었다. 이 추가 채널은 AD컨버전을 1로 하는 기능과 결합하여 코어가 개입되지 않아도 복잡한 기능을 수행할 수 있도록 합니다. 그 결과 총 CPU 작업량을 줄인다.마지막으로 아날로그-디지털 주변기기(마이크로 컨트롤러에 최대 4개까지 내장됨)는 ST만의 아키텍처에 개선되었다. 이 아키텍처는 동기 주입 전환 리스트(Queue of synchronized injected conversions)를 활용해 모터 전류 측정의 하드웨어 가속을 구현, 특히 듀얼 구동을 위해 설계됐다.STM32F303 MCU와 L6230 모노리식 모터 드라이버 기반의 듀얼 모터 컨트롤 보드 ST의 모터 컨트롤 에코 시스템은 다양한 모터 및 전력율에 맞는 전력 및 컨트롤 단계의 솔루션 다수를 재공합니다. 곧 출시될 STEVAL-IHM042V1은 STM32F3가 어떻게 최대 출력전류 2.8ADMOS 두 개가 완전히 통합된 L6230 삼상 모터드라이버 IC와 결합해 듀얼 FOC 모터드라이브를 수행할 것인지를 보여주는 완벽한 드라이브였다.주요 기능:|2개의 PMSM 모터 동시 FOC||SWD 지원하는 온보드 ST링크 회로 내의 디버거 및 프로그래머(STM32F103 기반)|STMC 워크벤치에 의한 때때로 컨트롤을 위한 온보드 시리얼 인터페이스|점퍼에 의해 간단하게 선택 가능한 각 드라이브별 3-센트 와인 1-센트 전류 감지 토폴로지|8V~48V의 DC 전압범위(최대 52V까지 확대)||각 출력 1.4Arc 컨트롤 시스템 2개의 최대 전류 수준까지를 살펴봤다. ST는 매년 새로운 기술과 제품으로 에코 시스템을 강화하고 있으며, 모션 컨트롤의 효율성, 통합, 정밀도, 신뢰성 면에서 과인 타과인은 새로운 동향에 적합한 시스템적인 접근을 적용하여 가치를 창출합니다.모션 컨트롤의 새로운 동향을 충족시키기 위해 시스템 접근 비결에 의해 부가가치를 창출하고 있다.ZST마이크로1 렉트로닉스 www.st.com 어린이 씨엔 매거진 2013년 10월호


     


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