工業設計人員可望借助快速建立原形技術和模塊基礎設計，將馬達控制算法移至FPGA SoC環境中，藉此開發出以FPGA SoC為核心的馬達驅動系統，從而大幅減少組件數量與設計復雜性，同時降低系統成本并提高性能與穩定性。

自90年代以來，馬達驅動開發人員一直采用多芯片架構執行馬達電機控制與需求處理。在此架構中，散離數字訊號處理(DSP)芯片負責執行馬達控制算法、現場可編程門陣列(FPGA)執行高速輸入輸出(I/O)與網絡協議，而離散型處理器則處理執行控制。隨著FPGA SoC的推出，設計人員找到將這些功能合并至單一組件，并整合其他處理工作的方法。組件數量與復雜性的減少，不僅可以降低系統成本，還能提升系統效能與穩定性。

但馬達驅動開發人員應如何才能改變既有的設計方法，轉而采用FPGA SoC呢？

長期以來，工業設計人員一直采用模型化基礎設計，透過模擬和C代碼的產生，在數字信號處理器芯片上研發馬達控制算法。如今，賽靈思(Xilinx)與數學運算軟件開發商MathWorks合作開發全新工作流程，能將模型化基礎設計擴展至可支持處理系統與可編程邏輯的FPGA SoC--Zynq-7000 All Programmable SoC。

具備更高處理效能　FPGA SoC適用于馬達控制

當前先進的馬達控制系統都屬于控制算法與工業網絡的結合，包括EtherCAT、Profinet、Powerlink以及Sercos III，皆能從運算資源中處理帶寬。此外，馬達控制系統現可結合包括運動控制層、可編程邏輯控制器(PLC)層、診斷層及用戶接口等其他需求，進行節能和維修或遠程監控。這些需求能將適合處理系統的組件轉化為邏輯分割區與實體分割區，而其他組件則適合于硬件輔助卸除與加速。

馬達開發人員所選擇的硬件平臺應提供穩健的可擴展系統。FPGA SoC能滿足以上需求，同時搭配高效能處理系統，以支持連網、動態、軟PLC、診斷、遠程維護等功能，與可編程設計邏輯結合，加速硬件中關鍵效能的功能。

在處理方面，FPGA SoC與內建NEON協處理器和浮點擴展的安謀國際(ARM)Cortex-A9雙核心處理系統相結合，可加速軟件執行速度。在可編程設計邏輯組件方面，則搭配超過44.4萬個邏輯單元和二千二百個DSP48區間，能處理大量帶寬。利用五個高吞吐量AMBA-4 AXI高速互連，加上可編程設計邏輯與處理系統的緊密結合，相當于三千多個PIN的有效帶寬。

運用Simulink/控制系統工具箱　裝置與馬達模型開發完成

現代控制算法須跨越多個系統時間與系統變量，造成硬、軟件分割成為一項嚴峻、耗時且重復的任務。一個典型的馬達驅動，電源頻率通常為50～60Hz，經過整流后，形成連續直流(DC)電壓。該直流電壓轉換成變頻電壓，可控制馬達端子所需的功率。此外，控制器必須讀取馬達基本變量，包括電流和電壓。控制器同樣須讀取或制定馬達軸心位置，包括軸心轉速和處理來自通訊網絡或監視控制器的處理命令。

Simulink提供多域系統仿真和模型基礎設計的方塊圖環境，適用于具有控制算法和裝置模型的仿真系統。MathWorks的控制系統工具箱(Control Systems Toolbox)基于Simulink對控制系統建模常用之系統分析、設計與微調的方法，提供多種 「應用」工具。利用Simulink執行系統建模，可加快馬達控制系統的開發速度，同時在以下幾個方面降低風險：

．降低受損風險
仿真法有助于全新控制系統算法的檢驗，可降低生產硬件測試前，損壞驅動電子組件、馬達及系統其他組件的風險。

．加速系統整合
支持人員必須將控制系統新算法整合至生產系統，這意味著部署新控制器會花費他們已經有限的時間，部署過程也可能變得冗長。

．減少對設備的依賴
生產環境在某些情況下，可能不能使用，例如客制化的驅動電子組件或馬達驅動方案尚在開發階段，或并不在控制系統設計人員可以取得的地方。

基于上列因素，仿真法是進行生產硬件測試的最佳替代方案。Simulink等模擬環境可從既有的馬達電機組件構建模塊庫，提供創建裝置模型框架，利用該裝置模型對新的控制系統架構進行評估。

將系統模型與快速成型環境及最終生產系統相連接，可進一步降低時程風險。快速成型工作流程幫助算法開發人員在不依賴硬件設計人員的情況下，進行原型設計。算法研究人員可在高度自動化過程中采用特定平臺支持套件，將系統硬件和軟件組件部署到可編譯為特定硬件開發平臺的設計模板。硬件與軟件設計團隊可將這些相同的硬件和軟件組件，重新應用于最終生產系統之中，毋須做出任何修改，即可加速研發過程并減少失誤。
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