于常濤

在當(dāng)今不斷擴(kuò)展的工業(yè)市場(chǎng)上，對(duì)電力的需求正以前所未有的速率增長(zhǎng)。其中，超過(guò)40%的電力需求來(lái)源于各類工業(yè)電機(jī)。由于這個(gè)原因，各國(guó)政府和全球認(rèn)證機(jī)構(gòu)正在面向電機(jī)OEM和最終用戶制定新的法規(guī)以及更嚴(yán)苛的能效要求。更智能、高效率電機(jī)控制系統(tǒng)

的新時(shí)代將是一個(gè)電機(jī)控制工業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)涌現(xiàn)的時(shí)代。

ADI以系統(tǒng)級(jí)的角度來(lái)看待這些挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品不僅超越了性能規(guī)格，還代表了電路其他功能模塊之間的最佳接口。這種系統(tǒng)解決方案的方法讓ADI能夠?yàn)榛诠I(yè)的客戶提供完整的集成式解決方案，并在實(shí)現(xiàn)規(guī)格要求的同時(shí)幫助他們滿足最新、最苛刻的能源法規(guī)。除此以外，安全與互聯(lián)也是電機(jī)控制未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，可預(yù)測(cè)性維護(hù)也被越來(lái)越引入其中，互聯(lián)則指工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的應(yīng)用與普及。

全面的系統(tǒng)級(jí)解決方案

近年來(lái)，許多終端市場(chǎng)和應(yīng)用中的一個(gè)明顯趨勢(shì)是用高效率的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）替換交流電機(jī)或機(jī)械泵。因?yàn)楦吲ぞ刂亓勘?、高功率因?shù)、響應(yīng)更快、結(jié)實(shí)耐用的構(gòu)造、易于維護(hù)、易于控制以及高效率等先天優(yōu)勢(shì)，永磁同步電機(jī)（PMSM）在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

ADI針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)要求的低功耗、高效率、安全與互聯(lián)，提供了門類齊全的產(chǎn)品組合，其中包括了模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler數(shù)字隔離器、電源管理器件和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案，以及運(yùn)動(dòng)控制模塊等等。這些高性能的器件和系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)更新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的差異化設(shè)計(jì)帶來(lái)價(jià)值。

此外，電機(jī)作為工業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，其健康安全非常重要，ADI提供基于狀態(tài)監(jiān)控（CbM）的系統(tǒng)解決方案，能夠?qū)崟r(shí)在線和離線獲取、學(xué)習(xí)并感知邊緣的任何單向信號(hào)（聲音、振動(dòng)、壓力、電流、溫度等），用于連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控和按需診斷，能夠在問(wèn)題變得嚴(yán)重之前確定工廠機(jī)器中的潛在問(wèn)題。

ADI有能力提供極具創(chuàng)新性的電機(jī)控制解決方案，這些方案著眼于優(yōu)異的系統(tǒng)性能和業(yè)界領(lǐng)先的集成度，具備極佳的系統(tǒng)效率、可靠性和連接性。ADI還擁有豐富的電機(jī)控制系統(tǒng)級(jí)知識(shí)和戰(zhàn)略技術(shù)合作伙伴聯(lián)盟，能為客戶提供獨(dú)特的系統(tǒng)服務(wù)與產(chǎn)品，并引領(lǐng)成為長(zhǎng)期技術(shù)合作伙伴。

功率器件的驅(qū)動(dòng)與傳感器的融合

半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步讓功率器件開(kāi)關(guān)頻率得到快速有效提升，從而讓電機(jī)系統(tǒng)能效快速提升。特別是碳化硅（SiC）MOSFET器件可以達(dá)到更高的開(kāi)關(guān)頻率，為提升電機(jī)能效提供了新的空間。然而，驅(qū)動(dòng)方式是達(dá)到這些開(kāi)關(guān)器件所需開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)鍵，而開(kāi)關(guān)頻率決定著系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本、尺寸與效率之間的最佳平衡。更高開(kāi)關(guān)頻率對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器的要求越來(lái)越高，采用的柵極驅(qū)動(dòng)器的傳輸延遲、死區(qū)時(shí)間、共模瞬變抗擾度（CMTI）等指標(biāo)對(duì)提升充電樁功率和效率產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。

為了操作MOSFET，通常須將一個(gè)電壓施加于柵極，使用專門驅(qū)動(dòng)器向功率器件的棚極施加電壓并提供驅(qū)動(dòng)電流。隔離式棚極驅(qū)動(dòng)器的隔離性能、共模瞬變抗擾度、總傳播傳輸延遲等指標(biāo)將決定直流模塊的整體功率、效率和系統(tǒng)尺寸，正確選擇這類解決方案非常關(guān)鍵。ADI的iCoupler柵極驅(qū)動(dòng)器傳輸延時(shí)在50～60ns，降低了傳輸延遲，并且傳輸延時(shí)一致性更好，更低的傳輸延遲和延時(shí)一致性有助于提高開(kāi)關(guān)頻率和效率。此外，隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的死區(qū)時(shí)間也是關(guān)鍵特性之一，更低的死區(qū)時(shí)間將有效降低損耗。

隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電機(jī)的精確控制和高效換向的要求的日益提升，高分辨率電流和旋轉(zhuǎn)位置信息至關(guān)重要。

傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，人們可以以更低的價(jià)格獲得更高精確度的傳感器，在電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于傳感器，人們也有了更多不同種類、價(jià)格、性能的選擇。例如一般而言，在基于旋變器的系統(tǒng)中，分辨率和精度可能非常高，但終端解決方案可能價(jià)格昂貴且體積較大，這是因?yàn)樾兤鞅旧頃?huì)占用較大的物理空間。無(wú)傳感器方案也可用于檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)電流，而且還能降低傳感器重量和成本，但是電機(jī)啟動(dòng)性能可能是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@時(shí)不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，因此就無(wú)法得到可用的位置數(shù)據(jù)。一種替代方案是使用基于異性磁阻（AMR）技術(shù)的角度傳感器，這些傳感器既便宜又精確。不僅可實(shí)現(xiàn)高角度精度，而且可將一個(gè)檢測(cè)元件和電子電路集成在同一封裝中。這可獲得非常小的傳感器子系統(tǒng)，并且能夠在電機(jī)總成內(nèi)定位傳感器。

應(yīng)對(duì)算法與智能化新挑戰(zhàn)

更智能、高效率電機(jī)控制系統(tǒng)的新時(shí)代將是一個(gè)電機(jī)控制工業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)涌現(xiàn)的時(shí)代。出于這樣的認(rèn)識(shí)，ADI與戰(zhàn)略合作伙伴共同開(kāi)發(fā)了一個(gè)全面的集成式電機(jī)控制設(shè)計(jì)程序;這些戰(zhàn)略合作伙伴都是各自領(lǐng)域內(nèi)的專家（MathWorks、ARM、Boston Engineering、IAR Systems 和Xilinx），目的在于解決整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)效率最大化的同時(shí)改善系統(tǒng)精度和可靠性。軟件部分采用了MBD（Model-based design，基于模型設(shè)計(jì)），采用Matlab & Simulink工具對(duì)電機(jī)控制進(jìn)行建模，并自動(dòng)產(chǎn)生控制部分核心代碼，可以大大加速伺服電機(jī)控制軟件的開(kāi)發(fā)流程，并且提供完善可靠的代碼，可以在前期研發(fā)階段讓工程師更關(guān)注于算法本身而不是陷入復(fù)雜的編碼和修改代碼的過(guò)程，以加速產(chǎn)品創(chuàng)新和新技術(shù)研發(fā)的過(guò)程。

人工智能發(fā)展到今天已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的方方面面，電機(jī)控制系統(tǒng)也不例外，ADI的工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案是人工智能應(yīng)用的典范。ADI的OtoSense體系結(jié)構(gòu)是一款人工智能驅(qū)動(dòng)的傳感和解譯平臺(tái)，ADI的工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案是人工智能應(yīng)用的典范。如前所述，ADI的OtoSense體系結(jié)構(gòu)是一款人工智能驅(qū)動(dòng)的傳感和解譯平臺(tái)，能夠基于連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控功能，分析設(shè)備運(yùn)行狀況，監(jiān)督制造過(guò)程并及早察覺(jué)異常避免造成問(wèn)題。人工智能模型在（靠近資產(chǎn)）邊緣運(yùn)行，以便提供實(shí)時(shí)、在線和離線輸出，這有助于避免不必要的停機(jī)、嚴(yán)重?fù)p壞或故障。

要實(shí)現(xiàn)人工智能，數(shù)據(jù)采集很重要，OtoSense的人工智能平臺(tái)依賴于包括高性能MEMS加速度計(jì)在內(nèi)的各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。例如ADXL100X系列單軸加速度計(jì)針對(duì)工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用而優(yōu)化，而集成的模塊產(chǎn)品ADcmXL3021還將高性能振動(dòng)檢測(cè)和各種信號(hào)處理功能相結(jié)合，可以跟蹤許多機(jī)器平臺(tái)上的振動(dòng)信號(hào)，可簡(jiǎn)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能傳感器節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)周期。根據(jù)現(xiàn)有的研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)+溫度檢測(cè)的模式是非常有效能夠檢測(cè)出設(shè)備異常的高性價(jià)比方案。針對(duì)此方案的實(shí)現(xiàn)，ADI SMS（Smart Motor Senor，智能馬達(dá)傳感器）是Otosense AI平臺(tái)下的系統(tǒng)級(jí)解決方案，通過(guò)集成的ADI高性能振動(dòng)、溫度與磁傳感器采集數(shù)據(jù)，能夠在早期就檢測(cè)到電機(jī)的異常狀況。并且通過(guò)SmartMesh無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云端，客戶可以在各類終端設(shè)備上監(jiān)控到電機(jī)的狀況，并進(jìn)行一些綜合性的數(shù)據(jù)分析。