專利名稱：用于場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的模塊化的功能部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子控制系統(tǒng)(例如，一種場(chǎng)導(dǎo)向的控制系統(tǒng))的模塊化功能部件(functional block)以及一種為待被控制的設(shè)備提供電子控制的方法。
背景信息如圖9所示，傳統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)反饋控制系統(tǒng)可以使用采樣傳感器數(shù)據(jù)來控制驅(qū)動(dòng)器，從而產(chǎn)生所需的系統(tǒng)響應(yīng)。這種控制系統(tǒng)典型地執(zhí)行基于應(yīng)用的控制算法，該算法涉及到對(duì)采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算從而在下一采樣周期到來之前產(chǎn)生輸出命令。
在各種傳統(tǒng)的電機(jī)控制應(yīng)用中，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和/或微控制器被用于執(zhí)行各種控制功能，例如數(shù)字電機(jī)控制功能。這些被執(zhí)行的控制功能包括諸如對(duì)感應(yīng)式電機(jī)、永磁同步機(jī)、交流逆變驅(qū)動(dòng)器和高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的場(chǎng)導(dǎo)向控制。用于控制這些傳統(tǒng)應(yīng)用的軟件通常是被中斷驅(qū)動(dòng)的，而不是完全根據(jù)所期望的輸入/輸出來確定的，并且被固定在計(jì)算結(jié)構(gòu)中。
上述控制功能(例如，電機(jī)控制功能)可在一個(gè)微控制器里執(zhí)行，并且由特定用途集成電路(ASIC)來完成高速的計(jì)算任務(wù)。由ASIC完成的高速計(jì)算任務(wù)包括，例如，脈寬調(diào)制(PWM)波形發(fā)生，編碼信號(hào)接口，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，比例+積分(PID)控制等。
ASIC在控制應(yīng)用中是有益的，因?yàn)樗鼈兊目捎眯院驮O(shè)計(jì)靈活性使各種控制功能(例如電動(dòng)機(jī)控制功能)所需的高計(jì)算速度成為可能。然而，由于ASIC的計(jì)算速度是有限的，所以ASIC的設(shè)計(jì)解決方案對(duì)于當(dāng)今需要不斷提高性能和靈活性的控制應(yīng)用不是最佳的。
在DSP和/或ASIC不具有執(zhí)行所需任務(wù)所必需的計(jì)算速度的情況下，公知的是將計(jì)算任務(wù)分配給各種DSP和/或微控制器。例如，一個(gè)DSP或微控制器可執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制，而另一個(gè)DSP或微控制器可以執(zhí)行其它的功能，例如在數(shù)字控制應(yīng)用中控制各種參數(shù)。然而，通過在各種DSP和/或微控制器之間分離功能，控制電路設(shè)計(jì)(例如電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì))可能需要在各種組件之間的復(fù)雜的互連性和信號(hào)的發(fā)送，因此增加了設(shè)計(jì)時(shí)間和費(fèi)用。
為了各組件之間的復(fù)雜的互連性和信號(hào)的發(fā)送，公知的方法是在軟件中提供附加和/或輔助功能模塊。然而，可以確信，開發(fā)專用軟件的時(shí)間和費(fèi)用會(huì)導(dǎo)致開發(fā)過程較為費(fèi)時(shí)以及資金效率較低。更進(jìn)一步的說，隨著所需軟件的復(fù)雜度的增加，完成該軟件編程所需的人力資源就會(huì)成指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，尤其是對(duì)于程序設(shè)計(jì)工作被分割給多個(gè)個(gè)體時(shí)的設(shè)計(jì)。通常，特定的技能和技術(shù)是需要的，以確保該軟件以所需的計(jì)算速度執(zhí)行。當(dāng)使軟件代碼運(yùn)行的速度成流線型的時(shí)候，這種特定的技能和技術(shù)通常需要代碼可維護(hù)性的附加成本，并且通常為獲得所需的計(jì)算速度而必須以本機(jī)(native)匯編語言執(zhí)行。因此，高級(jí)語言(例如C)通常是不能用的，從而使得代碼缺乏可維護(hù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠避免上述缺點(diǎn)的電子控制系統(tǒng)(例如一種場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng))和方法。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了模塊化的硬件控制部件，這些模塊化的硬件控制部件利用獨(dú)特的接口握手(即，“結(jié)束時(shí)握手”(handshake-on-terminate)方法論)的方法被級(jí)聯(lián)(cascade)起來。這種“結(jié)束時(shí)握手”方法論允許電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)極高速度的控制(例如，轉(zhuǎn)矩控制)，其典型地約小于幾微秒。例如，典型的控制部件能夠在小于兩微秒的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。由于本發(fā)明的操作被模塊化，因而可以并行地執(zhí)行大量的計(jì)算任務(wù)以消除順序執(zhí)行程序指令的需要。本發(fā)明提供的計(jì)算能力的提高消除了采用伴隨通訊信號(hào)來控制各處理模塊之間的信息交換的順序程序的線性瓶頸。
與傳統(tǒng)的控制應(yīng)用不同，本發(fā)明即不使用中央處理機(jī)構(gòu)也不使用狀態(tài)機(jī)，其中寄存器組在循環(huán)執(zhí)行的過程當(dāng)中被寫入或被重寫。反之，根據(jù)本發(fā)明的“結(jié)束時(shí)握手”方法論，數(shù)據(jù)從一個(gè)模塊流到另一個(gè)模塊地級(jí)聯(lián)通過控制系統(tǒng)，并與“結(jié)束時(shí)握手”脈沖(即，表示各模塊已經(jīng)完成預(yù)定計(jì)算的完成脈沖)諧調(diào)一致。
按照這種“結(jié)束時(shí)握手”方法論，就可以用一個(gè)單啟動(dòng)脈沖來啟動(dòng)整體級(jí)聯(lián)的電子控制環(huán)路，該脈沖可以例如與分配給特定電機(jī)控制應(yīng)用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集速率同步。例如，該初始啟動(dòng)脈沖可與電子控制系統(tǒng)的給定參數(shù)的采樣率同步。
“結(jié)束時(shí)握手”方法論還允許場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)排列在N條并行的路徑中，N取決于具體應(yīng)用中的可用門數(shù)(例如，在控制IC(集成電路)或FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC上的可用門數(shù))。有效地，本發(fā)明允許N個(gè)并行的數(shù)字硬件控制器同時(shí)運(yùn)行。
而且，由于初始啟動(dòng)脈沖與數(shù)字反饋數(shù)據(jù)的采集同步，并且通過完整的控制系統(tǒng)被級(jí)聯(lián)起來，所以初始啟動(dòng)脈沖能夠被隨意壓縮或擴(kuò)展，而并不影響該電子控制系統(tǒng)的性能。因此，采樣周期的較低邊界(也就是脈沖寬度的較低邊界)根據(jù)具有最長(zhǎng)輸出等待時(shí)間的功能部件而被確定(也就是，根據(jù)最慢的功能部件產(chǎn)生一個(gè)有效輸出所用的時(shí)間)。用這種方式，最大的數(shù)據(jù)吞吐率只由同步的數(shù)字硬件決定。
附圖簡(jiǎn)要描述

圖1是本發(fā)明的示例性電子控制系統(tǒng)的方框圖；圖2是本發(fā)明的示例性的功能部件的方框圖；圖3是本發(fā)明的另一個(gè)示例性的功能部件的方框圖；圖4是本發(fā)明的又一個(gè)示例性的功能部件的方框圖；圖5是圖4所示的功能部件的操作的時(shí)序圖；圖6是本發(fā)明的又一個(gè)示例性功能部件的方框圖；圖7a是本發(fā)明的三個(gè)功能部件串連的方框圖；圖7b是本發(fā)明的七個(gè)功能部件并連的方框圖；
圖8是本發(fā)明包括附加嵌套功能部件的又一個(gè)示例性的功能部件的方框圖；圖9是現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)控制系統(tǒng)的方框圖；圖10本發(fā)明的用于控制AC電機(jī)轉(zhuǎn)矩的電子控制系統(tǒng)的方框圖；圖11是圖10所示電子控制系統(tǒng)的操作時(shí)序圖。
詳細(xì)的描述現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其中示出了按照本發(fā)明的一個(gè)示例性電子控制系統(tǒng)100?？刂葡到y(tǒng)100包括主控制器150和應(yīng)用控制裝置155。應(yīng)用控制裝置155通訊地連接到主控制器150，并且被配置成可為待被控制的設(shè)備165提供控制信號(hào)160a，160b，160c，...，160n。
主控制器150包括這樣的電路，該電路被配置成使得應(yīng)用控制裝置155啟動(dòng)一個(gè)高速的級(jí)聯(lián)計(jì)算以用于通過控制信號(hào)160a，160b，160c，...，160n控制待被控制的設(shè)備165。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，主控制器150傳遞參數(shù)輸入170(靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)參數(shù))和初始化數(shù)據(jù)175到應(yīng)用控制裝置155，而應(yīng)用控制裝置155則根據(jù)參數(shù)輸入170和初始化數(shù)據(jù)175來執(zhí)行高速的級(jí)聯(lián)計(jì)算。主控制器150還傳遞一個(gè)初始啟動(dòng)脈沖180到應(yīng)用控制裝置155以用于啟動(dòng)級(jí)聯(lián)計(jì)算。
主控制器150也可用來監(jiān)控來自待被控制的設(shè)備165的至少一個(gè)反饋參數(shù)185。例如，如果所述待被控制的設(shè)備包括一個(gè)電機(jī)，則反饋參數(shù)185可包括例如電機(jī)的感測(cè)速度，電機(jī)的感測(cè)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的感測(cè)溫度等等。按照這種方式，主控制器150可以例如響應(yīng)反饋參數(shù)185的變化來修改初始化數(shù)據(jù)175和/或參數(shù)輸入170，從而使得應(yīng)用控制裝置155根據(jù)反饋參數(shù)185來控制待被控制的設(shè)備165。
應(yīng)用控制裝置155包括多個(gè)功能部件105a，105b，105c，...，105n(圖中未標(biāo)注)，它們諧調(diào)工作以執(zhí)行高速的級(jí)聯(lián)計(jì)算?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，從其中可以看到本發(fā)明的示例性的功能部件105x的更詳細(xì)的細(xì)節(jié)。功能部件105x被配置成執(zhí)行預(yù)定的局部計(jì)算以產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)205x和待與控制裝置155的其余功能部件105a，105b，105c，...，105n的一個(gè)或多個(gè)交流的完成脈沖(done pulse)220x。功能部件105x的預(yù)定義局部計(jì)算根據(jù)各種輸入來執(zhí)行，這些輸入包括例如參數(shù)輸入170的至少一部分，初始化數(shù)據(jù)175的至少一部分，和/或來自至少一個(gè)其它功能部件105a，105b，105c...105n的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n和啟動(dòng)脈沖220a，220b，220c...220n。
應(yīng)該預(yù)見到，參數(shù)輸入170的靜態(tài)參數(shù)(其在功能模塊105x的計(jì)算期間內(nèi)不變)不需要鎖存到本地存儲(chǔ)器(圖中未標(biāo)注)中，并且按照這種方式，它可被直接傳遞給功能部件105x的計(jì)算硬件和/或軟件。與此相反，在被提供給功能部件105x的計(jì)算硬件和/或軟件之前，參數(shù)輸入170的動(dòng)態(tài)變化參數(shù)可被例如適當(dāng)?shù)劓i存到功能部件105x的本地存儲(chǔ)器(圖中未標(biāo)注)中。
功能模塊105x被配置成一旦它從與功能部件105x的輸入連接的各相關(guān)的功能部件105a，105b，105c，...，105n收到有效的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c...，205n時(shí)就啟動(dòng)它的預(yù)定局部計(jì)算并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)205x包括功能部件105x執(zhí)行局部計(jì)算的結(jié)果信息。如果功能部件105x是控制裝置155的最終下游功能部件，則輸出數(shù)據(jù)205x可被傳送到至少一個(gè)其它的功能部件105a，105b，105c，...，105n，并且/或者作為用于控制待被控制的設(shè)備165的控制信號(hào)160a，160b，160c，...，160n中的至少一個(gè)被傳輸。
輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n和啟動(dòng)脈沖220a，220b，220c，...，220n通過其它的功能部件105a，105b，105c，...，105n被傳送到功能部件205x。輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n包括由各功能部件105a，105b，105c，...，105n執(zhí)行的局部計(jì)算得到的結(jié)果信息，并且輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n可以在各啟動(dòng)脈沖220a，220b，220c，...，220n的延續(xù)時(shí)間內(nèi)保持有效和穩(wěn)定。
完成脈沖220x指出了功能部件105x局部計(jì)算的完成，并且用這種方式表示了輸出數(shù)據(jù)205x的有效性。在完成脈沖220x的延續(xù)時(shí)間內(nèi)，輸出數(shù)據(jù)205x可保持穩(wěn)定和有效，完成脈沖220x可充當(dāng)下游功能部件105a，105b，105c，...，105n的至少一個(gè)啟動(dòng)脈沖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其中可以看出圖2所示的示例性功能部件105x的更詳細(xì)的細(xì)節(jié)，該功能部件105x被配置成在收到來自至少一個(gè)其它功能部件105a，105b，105c，...，105n的有效輸入數(shù)據(jù)之后啟動(dòng)預(yù)定的局部計(jì)算。如圖4所示，功能部件105x包括(n-1)個(gè)鎖存存儲(chǔ)體(memory banks)405a，405b，405c，...，405n-1，它們用于存儲(chǔ)由功能模塊105a，105b，105c，...，105n-1傳送的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n-1。鎖存存儲(chǔ)體405a，405b，405c，...，405n-1的鎖存輸出410a，410b，410c，...，410n-1被傳送到計(jì)算裝置415x，該計(jì)算裝置415x被配置成執(zhí)行功能模塊105x的預(yù)定局部計(jì)算，以用于產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)205x和完成脈沖220x。計(jì)算裝置415x還接收未鎖存的輸出數(shù)據(jù)205n、完成脈沖220n以及參數(shù)輸入210x。
在圖4所示的示例性實(shí)施方案中，被傳送到功能部件105x的第n個(gè)輸出數(shù)據(jù)205n被選擇為與其它的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...205n-1相比具有最大等待時(shí)間的輸出數(shù)據(jù)(也就是，第n個(gè)輸出數(shù)據(jù)205n被選擇，這樣使得它是傳送到功能部件105x的最后有效輸入)。因此，這樣就能確保由功能部件105n傳送的完成脈沖220n是在給定計(jì)算周期內(nèi)將要被判斷的最后的完成脈沖。用這種方式，就能夠確定鎖存存儲(chǔ)體405a，405b，405c，...，405n-1在完成脈沖220n被判斷之前，將有效和穩(wěn)定的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n-1鎖存到鎖存輸出410a，410b，410c，...，410n-1。
完成脈沖220n能用于完成如下操作，即，它使計(jì)算裝置415x根據(jù)鎖存輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n-1、未鎖存數(shù)據(jù)205n和參數(shù)輸入210x來啟動(dòng)預(yù)定的局部計(jì)算。一旦計(jì)算裝置415x完成了預(yù)定的局部計(jì)算，計(jì)算裝置415x產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)205x和完成脈沖220x，而輸出數(shù)據(jù)205x和完成脈沖220x則可被例如傳送給其它下游功能部件105a，105b，105c，...，105n中的至少一個(gè)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，從中可以看出圖4所示功能部件105x的示例性計(jì)算周期的時(shí)序圖。如圖5所示，鎖存存儲(chǔ)體405a，405b，405c，...，405n-1將輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n-1鎖存到鎖存輸出410a，410b，410c，...，410n-1，以使得計(jì)算裝置415x在預(yù)定的局部計(jì)算在時(shí)刻505被完成脈沖220n啟動(dòng)時(shí)接收有效和穩(wěn)定的輸入數(shù)據(jù)。一旦預(yù)定的局部計(jì)算完成，計(jì)算裝置415在時(shí)刻510判斷出(assert)完成脈沖220x并產(chǎn)生有效和穩(wěn)定的輸出數(shù)據(jù)205x。
應(yīng)該預(yù)見到，雖然圖5所示的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205只在相應(yīng)的完成脈沖220a，220b，220c，...，220n的持續(xù)時(shí)間內(nèi)是有效的，但輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n也可在超出相應(yīng)的完成脈沖220a，220b，220c，...，220n持續(xù)時(shí)間的期間內(nèi)保持有效。例如，在利用相應(yīng)的完成脈沖220a，220b，220c，...，220n計(jì)時(shí)輸出(clocking out)連續(xù)的輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n的情況下，輸出數(shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n可在連續(xù)的完成脈沖220a，220b，220c，...，220n之間的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持有效和穩(wěn)定。用這種方式，鎖存存儲(chǔ)體405a，405b，405c，...，405n-1可被省去，因?yàn)檩敵鰯?shù)據(jù)205a，205b，205c，...，205n-1在完成脈沖220n啟動(dòng)功能部件105x的預(yù)定局部計(jì)算時(shí)將是有效的。
還應(yīng)當(dāng)預(yù)見到，盡管圖2到圖5中所示出的示例性功能部件105具有分別從功能模塊105a，105b，105c，...，105n來的(n個(gè))輸入。但如圖3所示，功能部件105x也可只從單一的功能部件105n接收輸入。在這種情況下，功能部件105x不需要包括鎖存存儲(chǔ)體405a，405b，405C，...，405n-1以用于鎖存輸出205a，205b，205c，...，205n-1，并且，計(jì)算裝置415x可在該單一的完成脈沖220n被判斷出來時(shí)啟動(dòng)預(yù)定的局部計(jì)算。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，其中示出了圖2的示例性功能部件105x的一個(gè)變化形式。在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，功能部件105x包括最后輸入檢測(cè)裝置605x，其被配置成用于檢測(cè)將要被判斷出的最后的完成脈沖220a，220b，220c，...，220n，并且能夠傳送信號(hào)610x以使計(jì)算裝置415x在最后完成脈沖20a，220b，220c，...，220n被檢測(cè)到時(shí)啟動(dòng)預(yù)定的局部計(jì)算。由于最后輸入檢測(cè)裝置605x自動(dòng)檢測(cè)將要被判斷出的最后完成脈沖220a，220b，220c，...，220n(即，具有最大等待時(shí)間的功能部件的完成脈沖)，所以本發(fā)明的這個(gè)示例性變化形式不需要設(shè)計(jì)工程師來確定被傳送到功能部件105x的第n個(gè)輸出數(shù)據(jù)205n，因?yàn)橛?jì)算裝置415x在最后完成脈沖220a，220b，220c，...，220n被最后輸入檢測(cè)裝置605x檢測(cè)出來之前不會(huì)啟動(dòng)預(yù)定的計(jì)算。
如上所描述的本發(fā)明的示例性功能部件展示了一種“結(jié)束時(shí)握手”方法論，它允許單個(gè)功能部件105a，105b，105c，...，105n以高靈活性的配置而互連，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)和復(fù)雜的計(jì)算。功能部件105a，105b，105c，...，105n的每一個(gè)都被實(shí)現(xiàn)為圖形編譯器的一部分，并被指派以各種需求和輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)用以與其它的部件諧調(diào)。因此，設(shè)計(jì)者可以任意組織功能部件105a，105b，105c，...，105n，并且圖形編譯器(圖中未標(biāo)注)可以使設(shè)計(jì)者得知特殊的需求是否符合每一部件。
通過適當(dāng)?shù)亟M織功能部件105a，105b，105c，...，105n，就可為適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)創(chuàng)建、存儲(chǔ)和重復(fù)使用各種模塊結(jié)構(gòu)，由此建立模塊結(jié)構(gòu)庫以用作場(chǎng)導(dǎo)向組件。為了建立這樣的分級(jí)模塊結(jié)構(gòu)，功能部件105a，105b，105c，...，105n可以被如圖7a所示一樣以串行方式連接和/或如圖7b所示一樣以并行的方式連接，從而展現(xiàn)出預(yù)定的功能。
各個(gè)功能部件105a，105b，105c，...，105n還可以被安排在嵌套式結(jié)構(gòu)中，并且使給定的功能部件105x包括功能部件105a，105b，105c，...，105n中的一個(gè)或多個(gè)，這些功能部件諧調(diào)一致地操作以執(zhí)行功能部件205x的預(yù)定局部計(jì)算，從而產(chǎn)生功能部件105x的輸出數(shù)據(jù)205x和完成脈沖220x。
參照?qǐng)D8，其中示出了按照本發(fā)明的示例性矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x，它包括安排在嵌套式結(jié)構(gòu)中的子部件。矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x被配置成根據(jù)從外部功能部件105a，105b(圖中未標(biāo)注)傳送的輸出數(shù)據(jù)205a，205b來執(zhí)行預(yù)定的局部計(jì)算。在完成預(yù)定的計(jì)算后，根據(jù)上述的“結(jié)束時(shí)握手”方法論，矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)205x(例如，電流輸出Iq，Id)以及相關(guān)的完成脈沖220x。
為了執(zhí)行預(yù)定的計(jì)算，矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x包括兩個(gè)嵌套式的“結(jié)束時(shí)握手”功能部件正弦/余弦功能部件810；以及通訊地連接到正弦/余弦功能部件810的電流發(fā)生(current generation)功能部件820。
正弦/余弦功能部件810接收來自功能部件105a(圖中未標(biāo)注)的輸出數(shù)據(jù)205a和完成脈沖220a，并產(chǎn)生作為輸出數(shù)據(jù)205a的函數(shù)的正弦和余弦積分信號(hào)810a。按照前述的“結(jié)束時(shí)握手”方法論，在正弦/余弦功能部件810完成計(jì)算正弦和余弦積分信號(hào)810a后，正弦/余弦功能部件810還產(chǎn)生相應(yīng)的完成脈沖815。
電流發(fā)生功能部件820被配置成產(chǎn)生矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x的輸出數(shù)據(jù)205x和相關(guān)的完成脈沖220x。出于這種目的，電流發(fā)生功能部件820接收來自正弦/余弦功能部件810的正弦和余弦積分信號(hào)810a和完成脈沖815，以及來自功能部件105b(圖中未標(biāo)出)的輸出數(shù)據(jù)205b和完成脈沖220b。按照本發(fā)明所述的“結(jié)束時(shí)握手”方法論，電流發(fā)生功能部件820產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)205x和相關(guān)的完成脈沖220x以作為正弦和余弦積分信號(hào)810a以及輸出數(shù)據(jù)205b的函數(shù)。
為了計(jì)算正弦和余弦積分信號(hào)810a，正弦/余弦功能部件810包括根據(jù)“結(jié)束時(shí)握手”方法論連接起來的三個(gè)嵌套功能部件850a，850b和850c。嵌套功能部件850a，850b都從功能部件105(圖中未標(biāo)注)接收輸出數(shù)據(jù)205a和完成脈沖220a，并分別產(chǎn)生相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)855a，855b以及相應(yīng)的完成脈沖860a，860b，用以表示分配給功能部件850a，850b的預(yù)定計(jì)算的結(jié)束。輸出數(shù)據(jù)855a，855b和完成脈沖860a，860b被提供給功能部件850c，功能部件850c則根據(jù)“結(jié)束時(shí)握手”方法論產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)855c和完成脈沖860c。輸出數(shù)據(jù)855c和完成脈沖860c被分別提供以作為正弦/余弦功能部件810的正弦和余弦積分信號(hào)810a和完成脈沖815。
盡管圖8所示的示例性矢量旋轉(zhuǎn)功能部件105x不會(huì)接收參數(shù)輸入210x，但應(yīng)當(dāng)預(yù)見到，功能部件105x，包括其嵌套功能部件850a，850b，850c，810和820中的任何一個(gè)或全部，也可接收參數(shù)輸入210x，參數(shù)輸入210x可以由諸如主控制器150傳送的靜態(tài)信號(hào)組成，或者也可以不由其組成。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10，從其中可以看到作為場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)1000的另外一個(gè)示例性電子控制系統(tǒng)，該場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)1000可根據(jù)參考電流1035(即，IqRef)、電機(jī)相位電流1040(即，Iu，Iv，Iw)、參數(shù)輸入1030和轉(zhuǎn)子角度1050(即，θ)，通過產(chǎn)生控制輸出1055(電機(jī)相位電壓Vu，Vv和Vw)，以控制AC電機(jī)(圖中未標(biāo)注)的轉(zhuǎn)矩。
控制系統(tǒng)1000包括根據(jù)本發(fā)明的“結(jié)束時(shí)握手”方法論串接在一起的多個(gè)功能部件。具體而言，控制系統(tǒng)1000包括逆變克拉克(Clark)變換功能部件1005、通訊地連接到逆變Clark變換功能部件1005的矢量旋轉(zhuǎn)功能部件1010，通訊地連接到矢量旋轉(zhuǎn)功能部件1010的PI控制器1015、連接到PI控制器1015的逆變矢量旋轉(zhuǎn)功能部件1020以及通訊地連接到逆變矢量旋轉(zhuǎn)功能部件1020的Clark變換功能部件1025。
PI控制器1015被配置成在同步或旋轉(zhuǎn)的框架內(nèi)控制Q軸電流，以便于跟蹤輸入?yún)⒖茧娏鳌I控制器1015在采樣周期開始時(shí)對(duì)參考電流1035，電機(jī)電流1040和電機(jī)角度1050同時(shí)進(jìn)行采樣，執(zhí)行電機(jī)電壓的計(jì)算，并在采樣周期結(jié)束時(shí)輸出新的電機(jī)電壓命令。
為了啟動(dòng)采樣周期，開始/采樣脈沖1045被控制系統(tǒng)1000被判斷(assert)出來，由此使得待由系統(tǒng)功能模塊1000的功能部件執(zhí)行的級(jí)聯(lián)計(jì)算按照本發(fā)明的“結(jié)束時(shí)握手”方法論執(zhí)行。圖11示出了在判斷出開始/采樣脈沖1045之后場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)1000的時(shí)序圖。
盡管本發(fā)明的描述與其具體實(shí)施方案有關(guān)，但是許多其它的變化和修改和其它應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說也是很清楚的。因此，本發(fā)明不應(yīng)由本文的特定公開來限定，而僅僅由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種電子控制系統(tǒng)，包括待被控制的設(shè)備；應(yīng)用控制裝置，其包括被配置用于執(zhí)行級(jí)聯(lián)計(jì)算的多個(gè)功能部件，所述應(yīng)用控制裝置被配置成根據(jù)所述級(jí)聯(lián)計(jì)算而產(chǎn)生控制信號(hào)以控制所述設(shè)備；以及主控制裝置，其被通訊地連接到所述應(yīng)用控制裝置，并被配置成傳輸參數(shù)輸入和初始啟動(dòng)脈沖給所述應(yīng)用控制裝置，所述初始啟動(dòng)脈沖可操作用于啟動(dòng)所述級(jí)聯(lián)計(jì)算；其中每個(gè)所述功能部件被配置成根據(jù)預(yù)定的局部計(jì)算而產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和完成脈沖，所述輸出數(shù)據(jù)至少在所述完成脈沖的持續(xù)期間是有效和穩(wěn)定的，各個(gè)所述功能部件的預(yù)定的局部計(jì)算作為由至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)妮斎霐?shù)據(jù)和輸入完成脈沖的函數(shù)而被執(zhí)行，所述預(yù)定的局部計(jì)算由所述輸入完成脈沖啟動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述待被控制的設(shè)備包括交流電機(jī)和直流電機(jī)中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)包括電流信號(hào)和電壓信號(hào)中的至少一個(gè)，速度和轉(zhuǎn)矩中的至少一個(gè)根據(jù)所述控制信號(hào)受到控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)所述功能部件的預(yù)定的計(jì)算作為所述參數(shù)輸入的至少一部分的函數(shù)而被執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功能部件中的至少一個(gè)包括至少一個(gè)鎖存存儲(chǔ)體，所述鎖存存儲(chǔ)體被相應(yīng)地分配給由所述至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)乃鲚斎霐?shù)據(jù)和所述完成脈沖，并且所述至少一個(gè)功能部件還包括通訊地連接到所述鎖存存儲(chǔ)體的計(jì)算裝置，所述鎖存存儲(chǔ)體被配置成產(chǎn)生鎖存的輸入數(shù)據(jù)并將所述鎖存的輸入數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算裝置，所述計(jì)算裝置被配置成根據(jù)所述鎖存的輸入數(shù)據(jù)來執(zhí)行所述預(yù)定的局部計(jì)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)功能部件還包括脈沖檢測(cè)裝置，所述脈沖檢測(cè)裝置被配置成用于檢測(cè)最后一個(gè)輸入完成脈沖，所述最后一個(gè)完成脈沖可操作用于啟動(dòng)所述預(yù)定的局部計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述功能部件是串行連接的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述功能部件是并行連接的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功能部件的至少一個(gè)包括被配置成執(zhí)行所述預(yù)定的局部計(jì)算的多個(gè)嵌套功能部件。
10.一種電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用控制裝置的功能部件，所述功能部件產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和完成脈沖，所述功能部件包括計(jì)算裝置，其被配置成根據(jù)由至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)妮斎霐?shù)據(jù)和輸入完成脈沖來執(zhí)行預(yù)定的局部計(jì)算；其中所述計(jì)算裝置被進(jìn)一步配置成根據(jù)所述預(yù)定的局部計(jì)算而產(chǎn)生所述輸出數(shù)據(jù)和所述完成脈沖，所述輸出數(shù)據(jù)至少在所述完成脈沖的延續(xù)期間是有效和穩(wěn)定的，所述預(yù)定的局部計(jì)算由所述輸入完成脈沖啟動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功能部件，還包括至少一個(gè)鎖存存儲(chǔ)體，其被相應(yīng)地分配給由所述至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)乃鲚斎霐?shù)據(jù)和所述輸入完成脈沖；其中所述計(jì)算裝置被通訊地連接到所述鎖存存儲(chǔ)體，所述鎖存存儲(chǔ)體被配置成產(chǎn)生鎖存的輸入數(shù)據(jù)并將所述鎖存的輸入數(shù)據(jù)傳輸給所述計(jì)算裝置，所述算裝置被配置成根據(jù)所述鎖存的輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行所述預(yù)定的局部計(jì)算。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功能部件，進(jìn)一步包括脈沖檢測(cè)裝置，其被配置成檢測(cè)最后一個(gè)輸入完成脈沖，所述最后一個(gè)完成脈沖可操作用于啟動(dòng)所述預(yù)定的局部計(jì)算。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功能部件，其特征在于，所述計(jì)算裝置包括被配置成執(zhí)行所述預(yù)定的局部計(jì)算的多個(gè)嵌套功能部件。
14.一種用于為待被控制的設(shè)備提供電子控制的方法，所述方法包括提供待被控制的設(shè)備；提供應(yīng)用控制裝置，其包括被配置用于執(zhí)行級(jí)聯(lián)計(jì)算的多個(gè)功能部件，所述應(yīng)用控制裝置被配置成根據(jù)所述級(jí)聯(lián)計(jì)算而產(chǎn)生控制信號(hào)以控制所述設(shè)備；以及提供主控制裝置，其被通訊地連接到所述應(yīng)用控制裝置，并被配置成傳輸參數(shù)輸入和初始啟動(dòng)脈沖給所述應(yīng)用控制裝置，所述初始啟動(dòng)脈沖可操作用于啟動(dòng)所述級(jí)聯(lián)計(jì)算；其中每個(gè)所述功能部件被配置成根據(jù)預(yù)定的局部計(jì)算而產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和完成脈沖，所述輸出數(shù)據(jù)至少在所述完成脈沖的持續(xù)期間是有效和穩(wěn)定的，各個(gè)所述功能部件的預(yù)定的局部計(jì)算作為由至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)妮斎霐?shù)據(jù)和輸入完成脈沖的函數(shù)而被執(zhí)行，所述預(yù)定的局部計(jì)算由所述輸入完成脈沖啟動(dòng)。
全文摘要
提供了一種諸如場(chǎng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)，包括待被控制的設(shè)備；應(yīng)用控制裝置，其包括被配置用于執(zhí)行級(jí)聯(lián)計(jì)算的多個(gè)功能部件，該應(yīng)用控制裝置被配置成根據(jù)級(jí)聯(lián)計(jì)算而產(chǎn)生控制信號(hào)以控制所述設(shè)備；以及主控制裝置，其被通訊地連接到應(yīng)用控制裝置，并被配置成傳輸參數(shù)輸入和初始啟動(dòng)脈沖給應(yīng)用控制裝置，該初始啟動(dòng)脈沖可操作用于啟動(dòng)所述級(jí)聯(lián)計(jì)算；其中，每個(gè)功能部件被配置成根據(jù)預(yù)定的局部計(jì)算而產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和完成脈沖，該輸出數(shù)據(jù)至少在所述完成脈沖的持續(xù)期間是有效和穩(wěn)定的，各個(gè)功能部件的預(yù)定的局部計(jì)算作為由至少一個(gè)輸入功能部件傳輸?shù)妮斎霐?shù)據(jù)和輸入完成脈沖的函數(shù)而被執(zhí)行，所述預(yù)定的局部計(jì)算由所述輸入完成脈沖啟動(dòng)。
文檔編號(hào)H02P29/00GK1745348SQ03804474
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者羅伯特F·柯爾斯坦 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司