MICROCHIP v4.2 Speed ID IQ PI 控制器用户指南
介绍
（问一个问题）
PI控制器是一种广泛使用的闭环控制器，用于控制一阶系统。 PI 控制器的基本功能是进行反馈测量以跟踪参考输入。 PI 控制器执行此操作并控制其输出，直到参考信号和反馈信号之间的误差变为零。
有两个分量对输出有贡献：比例项和积分项，如下图所示。 比例项仅取决于误差信号的瞬时值，而积分项取决于误差的当前值和先前值。
图 1. 连续域中的 PI 控制器
在哪里，
y (t) = PI 控制器输出
e (t) = 参考值 (t) – 反馈 (t) 是参考值和反馈之间的误差
为了在数字域中实现 PI 控制器，必须对其进行离散化。 基于零阶保持法的PI控制器的离散化形式如下图所示。
图 2. 基于零阶保持方法的 PI 控制器
概括
特点（提问）
Speed ID IQ PI 控制器具有以下主要特性：
- 计算 d 轴电流、q 轴电流和电机速度
- PI 控制器算法一次针对一个参数运行
- 包括自动抗饱和和初始化功能
在 Libero Design Suite 中实现 IP 核（提问）
IP 核必须安装到 Libero SoC 软件的 IP 目录中。 这是通过 Libero SoC 软件中的 IP 目录更新功能自动完成的，也可以从目录中手动下载 IP 核。 一旦 IP 核安装在 Libero SoC 软件 IP 目录中，就可以在 SmartDesign 工具中配置、生成和实例化该核，以便包含在 Libero 项目列表中。
设备利用率和性能
（问一个问题）
下表列出了用于 Speed ID IQ PI 控制器的设备利用率。
表 1. Speed ID IQ PI 控制器利用率
重要的：
- 上表中的数据是使用典型的合成和布局设置捕获的。 CDR参考时钟源设置为Dedicated，其他配置器值不变。
- 在运行时序分析以实现性能数字时，时钟被限制为 200 MHz。
1. 功能描述（提问）
本节介绍 Speed ID IQ PI 控制器的实现细节。
下图显示了 Speed ID IQ PI 控制器的系统级框图。
图 1-1。 Speed ID IQ PI 控制器的系统级框图
笔记： Speed ID IQ PI 控制器针对三个量（d 轴电流、q 轴电流和电机速度）执行 PI 控制器算法。 该块旨在最大限度地减少硬件资源利用率。 该块允许一次针对一个参数运行 PI 控制器算法。
1.1 抗饱和和初始化（提问）
PI 控制器具有输出的最小和最大限制，以将输出保持在实际值内。 如果非零误差信号持续很长时间，则控制器的积分分量不断增加，并可能达到受其位宽限制的值。 这种现象称为积分器饱和，必须避免以获得适当的动态响应。 PI 控制器 IP 具有自动抗饱和功能，一旦 PI 控制器达到饱和，就会限制积分器。
在某些应用中，例如电机控制，在启用 PI 控制器之前将其初始化为正确的值非常重要。 将 PI 控制器初始化为一个合适的值可以避免不稳定的操作。 IP 块具有一个使能输入，用于启用或禁用 PI 控制器。 如果禁用，输出等于单位输入，并且当启用此选项时，
输出是 PI 计算值。
1.2 PI控制器的分时（提问）
在磁场定向控制 (FOC) 算法中，存在速度、d 轴电流 ID 和 q 轴电流 Iq 三个 PI 控制器。 一个 PI 控制器的输入取决于另一 PI 控制器的输出，因此它们是顺序执行的。 在任何时刻，只有一个 PI 控制器实例在运行。 因此，不是使用三个单独的 PI 控制器，而是使用单个 PI 控制器对速度、Id 和 Iq 进行时间共享，以实现资源的最佳利用。
Speed_Id_Iq_PI 模块允许通过每个 Speed、Id 和 Iq 的启动和完成信号共享 PI 控制器。 控制器每个实例的调整参数 Kp、Ki 以及最小和最大限制可以通过相应的输入独立配置。
2. Speed ID IQ PI 控制器参数和接口信号（提问）
本节讨论 Speed ID IQ PI 控制器 GUI 配置器和 I/O 信号中的参数。
2.1 配置设置（提问）
下表列出了 Speed ID IQ PI 控制器硬件实现中使用的配置参数的说明。 这些是通用参数，可以根据应用的要求进行更改。
表 2-1。 配置参数
2.2 输入和输出信号（提问）
下表列出了 Speed ID IQ PI 控制器的输入和输出端口。
表 2-2。 Speed ID IQ PI 控制器的输入和输出
3. 时序图（提问）
本节讨论 Speed ID IQ PI 控制器时序图。
下图显示了 Speed ID IQ PI 控制器的时序图。
图 3-1。 Speed ID IQ PI 控制器时序图
4. 试验台
（问一个问题）
统一的测试平台用于验证和测试 Speed ID IQ PI 控制器，称为用户测试平台。 提供测试平台来检查 Speed ID IQ PI 控制器 IP 的功能。
4.1 模拟（提问）
以下步骤描述了如何使用测试台模拟内核：
1. 转到 Libero SoC Catalog 选项卡，展开 Solutions-MotorControl，双击 Speed ID IQ PI Controller，然后单击 OK。 与 IP 相关的文档列在文档下。
重要提示：如果您没有看到“目录”选项卡，请导航至 View > Windows 菜单并单击目录以使其可见。
图 4-1。 Libero SoC 目录中的 Speed ID IQ PI 控制器 IP 核
2. 在 Stimulus Hierarchy 选项卡上，选择测试平台 (speed_id_iq_pi_controller_tb.v)，右键单击，然后单击 Simulate Pre-Synth Design > Open Interactively。
重要提示：如果您没有看到“刺激层次结构”选项卡，请导航至 View > Windows 菜单并单击 Stimulus Hierarchy 使其可见。
图 4-2。 模拟预综合设计
ModelSim 打开测试台 file，如下图所示。
图 4-3。 ModelSim 仿真窗口
重要的： 如果仿真由于 .do 中指定的运行时间限制而中断 file，使用run -all命令完成模拟。
5. 修订历史记录（提问）
修订历史描述了文档中实施的更改。更改按修订列出，从最新发布开始。
表 5-1。 修订记录
微芯片 FPGA 支持
（问一个问题）
Microchip FPGA 产品组通过各种支持服务为其产品提供支持，包括客户服务、
客户技术支持中心， web网站和全球销售办事处。 建议客户在联系支持之前访问 Microchip 在线资源，因为他们的查询很可能已经得到解答。
通过以下方式联系技术支持中心 web网址为 www.microchip.com/support。 提及 FPGA 器件部件号，选择合适的案例类别，并上传设计 file在创建技术支持案例时。 联系客户服务获取非技术产品支持，例如产品定价、产品升级、更新信息、订单状态和授权。
- 从北美拨打 800.262.1060
- 从世界其他地方拨打 650.318.4460
- 传真，来自世界各地，650.318.8044
微芯信息
（问一个问题）
微芯片 Web网站（问一个问题）
Microchip 通过以下方式提供在线支持 web网址为 www.microchip.com/。 这 web网站用于制作 files 和信息易于客户获取。可用的内容包括：
- 产品支持 – 数据表和勘误表、应用说明和 samp文件程序、设计资源、用户指南和硬件支持文档、最新软件版本和存档软件
- 一般技术支持——常见问题 (FAQ)、技术支持请求、在线讨论组、Microchip 设计合作伙伴计划成员列表
- Microchip 业务 – 产品选择和订购指南、最新的 Microchip 新闻稿、研讨会和活动列表、Microchip 销售办事处、分销商和工厂代表列表
产品变更通知服务
（问一个问题）
Microchip 的产品变更通知服务有助于让客户了解 Microchip 产品的最新信息。 每当有与特定产品系列或感兴趣的开发工具相关的更改、更新、修订或勘误表时，订阅者都会收到电子邮件通知。
要注册，请访问 www.microchip.com/pcn 并按照注册说明进行操作。
客户支持（提问）
Microchip 产品的用户可以通过多种渠道获得帮助：
- 经销商或代表
- 当地销售办事处
- 嵌入式解决方案工程师 (ESE)
- 技术支援
客户应联系其分销商、代表或 ESE 寻求支持。当地销售办事处也为客户提供帮助。本文档中包含销售办事处和地点的列表。
技术支持可通过 web网址：www.microchip.com/support
Microchip Devices 代码保护功能（提问）
请注意 Microchip 产品的代码保护功能的以下详细信息：
- Microchip 产品符合其特定 Microchip 数据手册中所包含的规格。
- Microchip 相信，其产品系列在按照预期方式、符合操作规范和在正常条件下使用时是安全的。
- Microchip 重视并积极保护其知识产权。 严禁尝试违反 Microchip 产品的代码保护功能，这可能违反《数字千年版权法》。
- Microchip 或任何其他半导体制造商都无法保证其代码的安全性。代码保护并不意味着我们保证产品“牢不可破”。代码保护在不断发展。Microchip 致力于不断改进我们产品的代码保护功能。
法律声明
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本出版物和此处的信息只能用于 Microchip 产品，包括设计、测试 Microchip 产品并将其与您的应用程序集成。 以任何其他方式使用此信息均违反这些条款。 有关设备应用程序的信息仅为方便您而提供，可能会被更新所取代。 您有责任确保您的应用程序符合您的规范。 如需更多支持，请联系您当地的 Microchip 销售办事处，或访问 www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services 获取更多支持。
本信息由 MICROCHIP “按原样”提供。MICROCHIP 不作任何明示或暗示、书面或口头、法定或其他形式的陈述或保证，包括但不限于任何不侵权、适销性和适用于特定用途的默示保证，或与其状况、质量或性能相关的保证。
在任何情况下，对于与该信息或其使用有关的任何间接、特殊、惩罚性、偶然或后果性损失、损害、成本或费用，无论其原因如何，即使 MICROCHIP 已被告知发生此类损失的可能性或此类损害是可预见的，MICROCHIP 均不承担任何责任。在法律允许的最大范围内，MICROCHIP 对以任何方式与该信息或其使用有关的所有索赔的总赔偿责任不得超过您为该信息直接向 MICROCHIP 支付的费用（如有）。
在生命支持和/或安全应用中使用 Microchip 设备的风险完全由买方承担，买方同意为 Microchip 辩护、赔偿并免除其因此类使用而导致的任何和所有损害、索赔、诉讼或费用。除非另有说明，否则不会以任何方式（隐含或以其他方式）转让任何 Microchip 知识产权许可。
商标
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Microchip 名称和徽标、Microchip 徽标、Adaptec、AVR、AVR 徽标、AVR Freaks、BesTime、BitCloud、
CryptoMemory、CryptoRF、dsPIC、flexPWR、HELDO、IGLOO、JukeBlox、KeeLoq、Kleer、LANCheck、LinkMD、
maXStylus、maXTouch、MediaLB、megaAVR、Microsemi、Microsemi 徽标、MOST、MOST 徽标、MPLAB、OptoLyzer、
PIC、picoPower、PICSTART、PIC32 徽标、PolarFire、Prochip Designer、QTouch、SAM-BA、SenGenuity、SpyNIC、SST、
SST 徽标、SuperFlash、Symmetricom、SyncServer、Tachyon、TimeSource、tinyAVR、UNI/O、Vectron 和 XMEGA 是
Microchip Technology Incorporated 在美国和其他国家的注册商标。
AgileSwitch、APT、ClockWorks、嵌入式控制解决方案公司、EtherSynch、Flashtec、Hyper Speed
控制、HyperLight Load、Libero、motorBench、mTouch、Powermite 3、Precision Edge、ProASIC、ProASIC Plus、
ProASIC Plus 徽标、Quiet-Wire、SmartFusion、SyncWorld、Temux、TimeCesium、TimeHub、TimePictra、TimeProvider、
TrueTime 和 ZL 是 Microchip Technology Incorporated 在美国的注册商标
相邻按键抑制、AKS、数字时代的模拟、任何电容器、AnyIn、AnyOut、增强切换、
BlueSky、BodyCom、Clockstudio、CodeGuard、CryptoAuthentication、CryptoAutomotive、CryptoCompanion、
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SuperSwitcher II、Switchtec、SynchroPHY、总耐久性、可信时间、TSHARC、USBCheck、VariSense、
VectorBlox、VeriPHY、 ViewSpan、WiperLock、XpressConnect 和 ZENA 是 Microchip Technology 的商标
在美国和其他国家注册成立。
SQTP 是美国 Microchip Technology Incorporated 的服务标志
Adaptec 徽标、Frequency on Demand、Silicon Storage Technology 和 Symmcom 是 Microchip Technology Inc. 在其他国家/地区的注册商标。
GestIC 是 Microchip Technology Inc. 的子公司 Microchip Technology Germany II GmbH & Co. KG 在其他国家的注册商标。
本文提及的所有其他商标均属于其各自公司的财产。
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ISBN: 978-1-6683-2179-9
质量管理体系
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