嵌入式DSP電機控制正在徹底改變家電行業，不僅通過提供最高水平的電機性能，而且還通過提供高性能的方法。DSP的計算能力允許用戶利用軟件建模來實現閉環電機控制，從而從硬件到軟件的轉變，為電機和電器制造商帶來顯著優勢，最終改變他們的關系。
最新一代嵌入式DSP電機控制IC支持先進的控制算法，從而使家電制造商能夠減少開發時間、成本和風險，同時提高其產品的效率、功能性、降噪性和性能。雖然電子電機控制存在許多處理器選項，但DSP長期以來一直被認為是最適合電機控制的，因為它在處理真實世界信號方面具有優勢。如今，許多家電原始設備制造商和電機制造商正在迅速采用經濟高效的DSP作為電機控制技術的首選。
簡單、快速且具有成本效益
家電 OEM 發現，當今的一代電機控制 DSP 與傳統微控制器 （MCU） 一樣易于使用且價格低廉，并且他們已經能夠充分利用 DSP 功率來實現更高級的控制算法。通過在軟件中對硬件功能進行建模，這大大降低了系統成本。通過消除硬件并專注于軟件，家電OEM可以比以往更快地修改和增強其電機控制，并為整個白色家電產品組合（包括冰箱，洗衣機和空調）創建一個電機控制解決方案平臺。
艾默生電氣公司正在使用ADI公司的DashDSP系列為其大部分變速電機控制產品提供通用平臺。艾默生技術副總裁 Eric Wildi 表示：“這種通用性使我們能夠充分利用開發的代碼并將其應用于完全不同的應用和/或電機技術。這一方面，再加上閃存可重編程性、用戶友好的環境和ADI的開發工具，正在加快我們的上市時間，并大幅降低我們的工程費用。我們預計，對基于DashDSP的現有電機控制器的修改將需要幾天時間，而不是幾周甚至幾個月。
展望未來，下一代嵌入式DSP將不僅僅能夠進行電機控制。下一代DSP將接管對整個系統的更多控制，并允許設備OEM通過網絡監控電機和整個設備的運行狀況，然后在發生故障之前安排維護。下一代模擬和數字功能還將實現家庭網絡的無線通信和語音識別，以改進用戶界面。
從硬件到軟件
消費者需求是推動家電OEM使用電子電機控制的主要力量。電子電機控制允許變速運行，從而為消費者提供更安靜的操作、更高的效率和更好的整體性能。例如，配備變速壓縮機的冰箱比配備定速壓縮機的冰箱使用的能量少 30%，因為壓縮機僅在所需的冷卻功率下運行。另一個好處是溫度保持更穩定，因此由于溫度循環較少，食物可以保持更長時間的新鮮。在洗衣機中，高旋轉速度會提取更多的水，因此干衣機消耗更少的能量并更快地完成洗衣。
雖然終端消費者受益于數字電機控制，但OEM也受益于基于DSP的數字電機控制，因為DSP功能強大，足以允許軟件對硬件進行建模。這種建模方法是通過開發和實施先進的控制算法來實現的，是OEM滿足消費者需求的最佳方法。
電機轉速
軟件算法可以在不使用傳感器和旋轉變壓器的情況下顯著提高電機速度。轉子估計和反饋驅動電機繞組的速度越快，速度控制得越快、越準確。雖然傳感器和旋轉變壓器可用于直接測量轉子位置，但這些組件會增加成本、制造復雜性并降低整體質量和可靠性。高性能DSP和模擬系統的組合允許使用無傳感器控制軟件算法，從而在不影響性能的情況下消除對此類傳感器的需求。
新電機類型
在軟件中對電機進行建模的能力還允許使用更廣泛的電機類型，包括交流感應電機 （ACIM）、無刷直流電機 （BLDC） 和開關磁阻電機 （SR）。雖然一些廉價的電機由于難以精確控制而無法用于電器應用，但DSP能夠執行必要的控制水平。例如，考慮SR電機。SR電機的低制造成本，高可靠性和出色的扭矩特性使人們猜測它將上升到電器中使用的電機類型的最前沿。
然而，SR電機的采用速度很慢，因為這些電機難以控制，因為電機繞組必須以正確的順序激勵，需要高分辨率的轉子位置信息。此外，SR電機是高度非線性的，導致高轉矩脈動和噪聲。基于DSP的解決方案可以在軟件中解決這兩個問題，而不會增加系統成本。DSP的快速計算能力與捕獲電機電流的精密模擬前端相結合，不僅可以獲得高速運行電機所需的轉子位置信息的高分辨率，而且還可用于校正轉矩非線性。直到最近，SR電機控制還要求使用傳感器或定制設計的ASIC，這增加了系統成本，并將SR電機的使用限制在高端、高價電器上。借助嵌入式 DSP 電機控制器，家電制造商現在可以在其整個家電產品組合中使用 SR 電機。
對制造和供應鏈的好處
從硬件到軟件的關注點的轉變也改變了家電制造商使用電機的方式。最顯著的影響是由于DSP允許簡化軟件中的復雜電機和應用建模。單個型號可用于不同制造商的電機，因此家電 OEM 只需使用一塊控制板即可輕松獲得第二源電機。很快，軟件算法將提供”自適應調諧“。這種技術允許控制器在啟動時將自身調整到任何電機，以便在設備的使用壽命內隨時更換電機。
DSP的高帶寬也可用于對軟件中的電路元件進行建模。這減少了使用的組件總數，從而降低了成本并簡化了制造。在軟件中對電路元件進行建模還具有減少制造可變性的有益效果。同樣，嵌入式DSP電機控制的閉環特性也使設備對電機中的制造變化不太敏感。在這些情況下，家電制造商能夠以更低的成本為客戶提供更一致的性能。
上市時間
這種控制電機的新方法的最終好處是，家電OEM可以在所有產品中使用一系列DSP和算法，以縮短上市時間并節省投資費用。用于控制 BLDC 冰箱壓縮機的相同算法也可用于控制 BLDC 空調壓縮機。同樣，用于功率因數校正等功能的其他軟件算法也可以用作所有產品的通用平臺。
通過將軟件從一代產品”重用“到下一代產品，進一步縮短了上市時間。改進軟件或添加新功能只需很少或無需修改硬件即可完成，從而簡化了產品鑒定和認證測試。
未來趨勢
雖然DSP為當今的電器和電機制造商提供了相當大的好處，但在不久的將來，電機控制DSP帶寬將以相同的價格從20 MIPS增加到150 MIPS增加七倍以上。由于白色家電的電機控制將需要20至40 MIPS的帶寬，因此無需向控制板添加額外組件或DSP復雜性即可處理新功能。
例如，語音識別需要10到20 MIPS才能實現”自然語言“識別，而不是簡單的”命令和控制“。后者要求用戶說出單個單詞命令，而前者允許用戶像往常一樣連續說話。”自然語言“識別還允許用戶說出完整的數字，而不是一次說一個數字。例如，”515“可以說成”五百一十五“而不是”五一五“。語音識別在電器中的使用將徹底改變用戶界面，甚至可以集成到當今的電機控制DSP中。但這場革命并沒有隨著語音識別而結束——這項技術的一個分支將是主動降噪，這將進一步減少電器產生的噪音。這可能允許家電OEM使用噪音更大，更便宜的電機，因為該軟件可以在不增加成本的情況下降低噪音。
有線或無線通信是可以嵌入電機控制DSP中的附加功能。DSP已經成為通信的首選處理器，當今許多DSP內核上都存在多種應用。可以包括用于有線通信的簡單軟件調制解調器，或者可以在芯片中包含RF模塊，DSP處理無線信號的解釋和控制。
由于 DSP 可用于監控電器電機的運行狀況，因此包含互聯網通信將允許家電 OEM 遠程監控其所有正在使用的產品。這將產生兩個重要而有益的結果。首先，它將允許OEM在發生故障之前安排設備的維護。其次，它將允許OEM收集有關其產品中電機性能的最新實時信息，以便他們可以將這些信息反饋給電機制造商。由此產生的數據將展示電機如何在許多不同環境中的實際產品中運行，并將幫助電器和電機制造商在未來制造更好、更可靠的產品。
總結
越來越多地使用DSP來控制電動機，這表明電機控制正在將其重點從硬件轉移到軟件。這種轉變是由于DSP具有優越的帶寬以及它們對處理真實世界信號任務的適用性。這種轉變的結果是，家電制造商在選擇在其應用中使用哪種類型的電機時，現在有更多的選擇。軟件建模的使用，除了提高性能、降低成本、提高可靠性和效率外，還增加了家電制造商的靈活性，使他們能夠二次采購電機。
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