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消費(fèi)者每天都會(huì)處理各種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)會(huì)根據(jù)外部條件采取相應(yīng)的行動(dòng)。以汽車為例，當(dāng)你踩下油門時(shí)，汽車幾乎會(huì)立即加速，也就是說(shuō)，踩下踏板后，沒(méi)有明顯的延遲。

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以汽車示例為主題，假設(shè)汽車是一個(gè)系統(tǒng)，外部條件（司機(jī)）踩下油門以提高速度，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所謂的實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制是閉環(huán)系統(tǒng)在定義的時(shí)間窗口中收集、處理和更新數(shù)據(jù)的能力。如果系統(tǒng)錯(cuò)過(guò)了定義的時(shí)間窗口，其穩(wěn)定性、精度和效率都會(huì)降低。控制能力下降可能會(huì)影響系統(tǒng)性能；例如，無(wú)法達(dá)到所需的速度，甚至過(guò)熱。本文將介紹實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的功能塊，并以機(jī)器人應(yīng)用為例。

雖然系統(tǒng)組件之間的通信不需要參與系統(tǒng)控制，但它也應(yīng)該與主控制環(huán)一起工作。實(shí)時(shí)控制涉及的主要功能塊包括檢測(cè)（收集數(shù)據(jù)）、控制（解釋和使用數(shù)據(jù)）和驅(qū)動(dòng)（更新系統(tǒng)）（見(jiàn)圖1）。

圖 1:實(shí)時(shí)控制環(huán)路的主要功能塊

以下是這些部分的詳細(xì)介紹。

●檢測(cè)是指測(cè)量電壓、電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速或溫度等外部因素。為了在特定時(shí)間點(diǎn)為系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)，需要準(zhǔn)確、準(zhǔn)確地測(cè)量這些關(guān)鍵參數(shù)。

● 為了計(jì)算下一個(gè)輸出命令，中央處理單元將控制技術(shù)應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)。微控制器 (MCU)或控制器(例如 C2000實(shí)時(shí)MCU、基于Sitara Arm的MCU、集成無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流/直流控制器)具有優(yōu)異的處理能力，有助于確保系統(tǒng)滿足通常為幾微秒到幾毫秒的超短時(shí)間窗口要求。

●驅(qū)動(dòng)器將計(jì)算的輸出命令應(yīng)用到系統(tǒng)中，以控制輸出。改變驅(qū)動(dòng)電力電子系統(tǒng)的脈寬調(diào)制器(PWM)單元占空比是驅(qū)動(dòng)示例。有助于提高驅(qū)動(dòng)性能TI產(chǎn)品包括具有集成柵極驅(qū)動(dòng)器的模擬驅(qū)動(dòng)器、隔離柵極驅(qū)動(dòng)器和氮化鎵 (GaN) 晶體管的場(chǎng)效應(yīng)。

●最后，確定性高速通信接口（如快速串行接口或以太網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備或內(nèi)部組件之間的及時(shí)通信。

以機(jī)器人為例，實(shí)時(shí)控制可以精度為100μm下面。這個(gè)精度級(jí)可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量電機(jī)的電流、電壓和位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。處理單元將測(cè)量值與計(jì)算值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整發(fā)送給電機(jī)PWM此外，整個(gè)過(guò)程需要在幾微秒鐘內(nèi)完成，以滿足系統(tǒng)的精度和時(shí)間要求。

圖 二、快速電流環(huán)路圖

實(shí)時(shí)控制也是實(shí)現(xiàn)高效可靠電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)。例如，實(shí)時(shí)控制有助于保持充電站穩(wěn)定的輸出功率，調(diào)整流入汽車電池的電流，從而保證電池壽命，避免過(guò)熱。實(shí)時(shí)控制MCU和GaN新技術(shù)的結(jié)合可以提高功率密度和效率，有助于充分減少應(yīng)用的功率損耗。

現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能不斷提高，因此對(duì)實(shí)時(shí)控制的要求越來(lái)越嚴(yán)格。例如，高精度高速計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)械（控制磨床、車床等復(fù)雜機(jī)床的機(jī)械）可以超過(guò)轉(zhuǎn)速 20,000RPM實(shí)現(xiàn)低于5μm精度。上述功能只能通過(guò)快速控制環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這意味著信號(hào)測(cè)量和系統(tǒng)調(diào)整之間的延遲時(shí)間通常不到1μs。

鑒于計(jì)算需求高度敏感，許多設(shè)計(jì)師使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、外部快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和多個(gè)MCU的組合。但是TI的C2000 MCU和Sitara在不到之前，處理器可以提高模擬集成度 1μs 電流環(huán)路在時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，即快速電流環(huán)路。通過(guò)在現(xiàn)代控制拓?fù)渲谐浞掷�用快速電流環(huán)路，設(shè)計(jì)師可以以更低的成本開(kāi)發(fā)更小、更高性能的系統(tǒng)。

使用完全集成的解決方案，如TI的 MCF8316電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也可以進(jìn)一步降低成本。 該設(shè)備采用無(wú)刷直流電機(jī)控制算法直流電機(jī)控制算法進(jìn)行預(yù)編程和微調(diào)MCU的簡(jiǎn)單I2C只讀存儲(chǔ)器即可實(shí)現(xiàn)接口配置集成電擦除。它們還提供硬件配置，CSR代理支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)師嗎？MCU調(diào)整電機(jī)。MCF8316集成了六個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，為電機(jī)提供電流，實(shí)現(xiàn)了7mm x 5mm完整的實(shí)時(shí)電機(jī)控制解決方案。

實(shí)時(shí)控制是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電器、電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、電力輸送、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)器人的重要組成部分。為了進(jìn)一步提高響應(yīng)速度，上述所有應(yīng)用程序都需要縮短執(zhí)行動(dòng)作的時(shí)間窗口。TI一套完整的檢測(cè)、處理、控制和通信技術(shù)可以提供低性能和低延遲響應(yīng)時(shí)間，有助于實(shí)現(xiàn)更小、更可靠的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。