IRMCK203是IR公司最新推出的一款高性能無傳感器永磁同步電機(jī)單片控制IC。它采用純硬件電路來執(zhí)行永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制算法，因而具有良好的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)也具有高度靈活的可配置性能。IRMCK203芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了基于IRMCK203的無傳感器永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。永磁同步電機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、損耗小、效率高以及控制性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來在國(guó)防工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。目前高性能電機(jī)伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一是逐漸擺脫軟件的束縛而策純硬件方向發(fā)展，即使用基于FPGA或A-SIC的方案。IRMCK20x系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC就是美國(guó)國(guó)際整流器公司推出的基于純硬件控制的電機(jī)閉環(huán)控制ASIC。 IRMCK203是無傳感器表面式永磁同步電機(jī)閉環(huán)控制IC，與傳統(tǒng)的MCU或DSP方案不同的是，IRMCK203完全不需要編程，而是使用基于電機(jī)控制引擎（MotionControlEngine,MCE）的硬件電路來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的無線傳感器磁場(chǎng)定向控制算法。MCE包括有PI調(diào)節(jié)器、矢量運(yùn)算、Clark變換等閉環(huán)控制所需的所有功能單元，所有功能完全由硬件電路來實(shí)現(xiàn)，因此具有快速計(jì)算能力和極佳的動(dòng)態(tài)性能。除了電流閉環(huán)和基于速度估計(jì)的速度閉環(huán)控制功能外，IRMCK203還具有自動(dòng)得啟、失相檢測(cè)、帶母線電壓監(jiān)測(cè)的制動(dòng)控制以及各種驅(qū)動(dòng)保護(hù)功能，其模擬I/O和部分?jǐn)?shù)字I/O都是可配置的，所有通訊端口都可以對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行操作。用戶可以依據(jù)自己的實(shí)際情況（所使用電機(jī)及負(fù)載情況）來配置各種驅(qū)動(dòng)參數(shù)（如：PI調(diào)節(jié)器參數(shù)、電流反饋范圍、PWM載頻等等）和監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)。2．1IRMCK203結(jié)構(gòu)特點(diǎn)IRMCK203的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其與IR公司iMOTION系列外圍器件所構(gòu)成的電機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示。IRMCK203有兩種工作模式：一種是與MCU或PC配合的從模式，其運(yùn)行完全完全主機(jī)的指令；另一種是自主工作模式，此時(shí)只要從AD輸入0～5V的電壓信號(hào)做速度參考值，外加一片1Kbit（128×8）的串行EEPROM（AT24C01）來存儲(chǔ)電機(jī)應(yīng)用的相關(guān)配置信息，系統(tǒng)上電后便可自行讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部寄存器，并根據(jù)相關(guān)I/O口線的邏輯狀態(tài)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。IRMCK203的一個(gè)電流采樣/閉環(huán)控制周期的工作大致可分為電流檢測(cè)、速度/位置估計(jì)、電流及速度閉環(huán)控制以及SVPWM產(chǎn)生四個(gè)過程，當(dāng)時(shí)鐘頻率為33MHz時(shí)，典型閉環(huán)控制周期為14.6μs。其運(yùn)行狀態(tài)機(jī)如圖2所示。IRMCK203的最大時(shí)鐘為33.3MHz,最高閉環(huán)轉(zhuǎn)速為100000RPM，典型的高速范圍為5%～100%，速度控制精度為15bit，電流檢測(cè)精度為10/12bit，PWM載頻可自行設(shè)定。IRMCK203采用QFP80封裝，引腳可依其功能分為時(shí)鐘接口、鎖相環(huán)控制、SPI接口、RS232接口、并行接口、EEPROM接口、PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)、IR2175電流檢測(cè)接口、AD接口、基于PWM的4路DA輸出接口、LED狀態(tài)指示、復(fù)位以及離散控制輸入輸出（起/停、正/反轉(zhuǎn)、故障指示、同步信號(hào)等）13個(gè)功能組，能提供全面的永磁同步電機(jī)控制解決方案。2．2IRMCK203的寄存器永磁同步電機(jī)（PMSM）的矢量控制算法需要電機(jī)電流限制、壓頻曲線、速度設(shè)定值以及其它相關(guān)的控制參數(shù)。IRMCK203省去了算法的編程，取而代之的是豐富的接口和大量可供用戶進(jìn)行參數(shù)配置的片內(nèi)寄存器，其寄存器分為可讀和可寫兩種，其中可讀寄存器用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，而可寫寄存器則用來進(jìn)行用戶參數(shù)設(shè)定。主要的可寫寄存器（組）如下：·PWM配置寄存器組：可對(duì)PWM的周期、死區(qū)、SVPWM調(diào)制系統(tǒng)、PWM關(guān)閉以及是否采用SVPWM等進(jìn)行設(shè)置。·電流反饋配置寄存器組：用于id和iq控制環(huán)路比例因子等參數(shù)設(shè)定?！は到y(tǒng)控制寄存器組：用于設(shè)定正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)/停止以及緊急制動(dòng)三種狀態(tài)參數(shù)，該寄存器的作用與器件相關(guān)引腳的作用相同。·力矩環(huán)配置寄存器組：可對(duì)電流控制環(huán)路的比例/積分參數(shù)、id和iq電流以及電壓限制等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定?！に俣拳h(huán)控制寄存器組：可對(duì)速度控制環(huán)的比例/積分參數(shù)、速度限制、力矩電流限制、速度變化范圍、速度指定、加減速以及啟動(dòng)電流限制值等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置?！す收峡刂萍拇嫫鹘M：用于直流母線電壓監(jiān)視以及故障狀態(tài)清除等?！は到y(tǒng)控制寄存器組：用于設(shè)置電流檢測(cè)方式（橋臂電阻或IR2175）、停機(jī)方式（直接/減速），以及是否由外圍引腳來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)/停止、緊急制動(dòng)等?！EPROM控制寄存器組：若系統(tǒng)中使用了EEPROM來存儲(chǔ)相關(guān)參數(shù)，那么此寄存器可對(duì)EEPROM的復(fù)位、讀寫狀態(tài)以及數(shù)據(jù)和地址初始值進(jìn)行設(shè)定?！そ嵌?位置估計(jì)閉環(huán)控制寄存器組：可以對(duì)電機(jī)繞組電阻和電感值、角度估計(jì)器相位補(bǔ)償增益、磁通相位鎖定環(huán)路的比例/積分參數(shù)、磁通初始值等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定?！そ嵌乳_環(huán)控制寄存器：設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)以及壓頻曲線的斜率?！?dòng)初始角度估計(jì)寄存器：設(shè)置各種與啟動(dòng)有關(guān)的診斷模式、啟動(dòng)過程中的停頓時(shí)間以及失相檢測(cè)使能。·啟動(dòng)重試參數(shù)寄存器：對(duì)自動(dòng)重啟次數(shù)以及啟動(dòng)電流限制值進(jìn)行設(shè)定?！な鄼z測(cè)寄存器：可對(duì)失相檢測(cè)誤差門限等與失相檢測(cè)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定?！A輸出控制寄存器：對(duì)四路DAC輸出信號(hào)進(jìn)行指定。IRMCK203的只讀寄存器包括：指示系統(tǒng)的PWM、FOC設(shè)置以及起停、正反轉(zhuǎn)等狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)寄存器；指示母線電壓值及制動(dòng)狀態(tài)的直流母線電壓寄存器；指示當(dāng)前速度的速度寄存器；FOC診斷數(shù)據(jù)寄存器、故障狀態(tài)寄存器、電流反饋偏置寄存器和EEPROM狀態(tài)指示寄存器。用IRMCK203設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)可分為硬件設(shè)計(jì)和參數(shù)配置兩步。動(dòng)態(tài)性能、高精度以及小體積伺服驅(qū)動(dòng)需求日益增長(zhǎng)的今天，永磁同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)正逐漸取代直接伺服電機(jī)控制系統(tǒng)而成為主流。IRMCK203使用純硬件來實(shí)現(xiàn)基于速度估計(jì)的閉環(huán)無傳感器永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有極佳的動(dòng)態(tài)性能、非常靈活的配置能力和方便的通訊接口，可大大簡(jiǎn)化永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為開發(fā)新一代高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)造了較為有利的條件，同時(shí)也將電機(jī)伺服控制應(yīng)用技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。