Multi-as besturing op een FPGA

Normaal gesproken bestaat een elektronisch geregelde besturing uit een kast(je) met één of meerdere printplaten met elektro-nische schakelingen. Maar het kan compacter. Unjo uit Zweden toonde op de SPS/IPC/Drives 2009 in Neurenberg een systeem waarbij de aansturing van meerdere motoren gebaseerd is op het gebruik van één bepaald type geïntegreede schakeling, de zogenoemde FPGA.

De FPGA (Field Programmable Gate Array) is een puur digitaal component, hetgeen betekent dat de diverse analoge extra functies die typische microprocessoren wel hebben, zoals bijvoorbeeld A/D converters, toegevoegd moeten worden aan de buitenzijde van de schakeling. Omdat de FPGA een programeerbaar component is, betekent dit tevens een nagenoeg totale ontwerpvrijheid voor digitale functies.

Geen limiet
De besturingsfunctionaliteit - dat betekent de diverse acties op digitale signalen voor de drie control loops voor koppel, snelheid en positie - kan direct geimplementeerd worden in logica, en de FPGA is vrij te configureren op het logica niveau. Daarom kunnen meerdere functieblokken op dezelfde FPGA geplaatst worden. Er is eigenlijk geen limiet hoeveel motoren er vanaf één chip aangestuurd kunnen worden zolang er geen tekort is aan logica elementen of het aantal pinnen van de processor. Omdat de motoren onafhankelijk van elkaar en parallel worden aangestuurd, beschikt elke motor over de maximale bandbreedte.


De Unjo driver-controller Gepard bestuurt tot vier driefasen motoren in parallel, elk met een current-loop bandbreedte van 100 kHz. Deze grote bandbreedte, onmogelijk te realiseren in een multi-as systeem met een CPU-gebaseerd ontwerp, geeft een nieuw potentieel aan machinebouwers (foto: Paul Quaedvlieg)

Verder is er geen wachttijd of vertraging in het besturingssysteem, omdat elke motoras parallel geschakeld kan worden. De as-tot-as synchronisatie is alleen gelimiteerd door jitter. Dat betekent dat verschillende motorassen met elkaar gesynchroniseerd kunnen worden binnen 10 ns (afhankelijk van de kloksnelheid). Ook kunnen de motoren compleet verschillend zijn van elkaar, omdat de functieblokken van de motoren onafhankelijk van elkaar werken. Het is geen enkel probleem om bijvoorbeeld servomotoren te ’mixen’ met stappenmotoren en wisselstroommotoren, allen gebruiken ze de hoge performance van dezelfde FPGA.

Het volledige artikel vindt u in het aprilnummer van Aandrijftechniek