以下文章來源于亞德諾半導體 ，作者ADI

智能運動控制是高度敏捷且可持續(xù)制造的核心，工業(yè)現場中從泵到傳送帶、擠壓沖床再到機器人，電機及電機驅動器起到舉足輕重的作用。電機在我們生活中已極其普遍，現安裝電機約有上億臺，每年新增部署約千萬臺

伺服系統(tǒng)在工業(yè)系統(tǒng)扮演著重要角色，電機驅動器通過收集和傳輸電機數據，有效的支持了數字化轉型和敏捷生產，并且通過提高部署電機的能效以減少碳排放來對可持續(xù)發(fā)展產生重大影響。工業(yè)消耗的能源約占總能源的30%，而電機消耗了大約70%的工業(yè)能源，如果每臺電機通過適當的負載匹配及電機驅動器都以盡可能高效的方式驅動，全球能源用量則有望減少10%。

ADI最新上線的解決方案《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》從工業(yè)電機控制系統(tǒng)、工業(yè)電機控制中的電流反饋、工業(yè)以太網連接以及網絡安全四個方面，為大家介紹了智能運動的全套解決方案。

一 工業(yè)電機控制系統(tǒng)

工業(yè)中絕大多數電機都直接連接到交流電網，并以固定轉速運行，而電機變速運行可以節(jié)省大量系統(tǒng)能源。變速電機推動著逆變器驅動電機系統(tǒng)的轉變：雖然開環(huán)逆變器系統(tǒng)控制精度有限且足以支持許多應用，但包含位置和電流控制器的變速驅動器可為要求更高的應用提供更佳的性能，也對電機速度和扭矩的精密控制有利。不同系統(tǒng)在控制性能方面差異較大，在復雜的工業(yè)機械中不同系統(tǒng)可組合使用并以同步方式運行。

變速驅動器和以此為基礎的多軸機械的主要趨勢是朝著更廣泛、更透明的互聯互通邁進，如今表現為在更廣泛的工業(yè)系統(tǒng)中通過以太網進行連接，這給控制、實時洞察和生產力帶來了巨大的優(yōu)勢，但也提出了與網絡安全相關的新挑戰(zhàn)。

圖1：變速電機驅動器架構

變速電機驅動器系統(tǒng)框架概述

圖1框圖示例了中高性能變速驅動器的典型信號鏈，大體有幾大主要模塊：

高壓電源

控制電源

編碼器

控制器

三相逆變器

信號隔離

安全控制

安全連接

逆變器及控制信號關鍵元件概述

在逆變和控制信號鏈中，ADI擁有廣泛的產品線且提供了系統(tǒng)魯棒性，圖2示出了信號鏈中的若干關鍵器件：

電流檢測

編碼器

編碼器RS485接口

控制器

工業(yè)以太網連接

電源

圖2. 逆變器及控制信號鏈關鍵元件示例

第一部分中關于變速電機驅動器架構的幾大模塊以及信號鏈中的關鍵器件，文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》中都做了詳細的介紹，建議下載文檔查看。

二 工業(yè)電機控制中的電流反饋

電流反饋是伺服驅動器整體控制性能的基本組成部分，在進行電流反饋路徑的設計時，需要注意幾個部分：

1）電流測量需要與PWM周期同步，盡量不將高頻開關電流紋波引入反饋路徑，通常采用14至16位測量分辨率對至少兩個電機相位同時采樣， 延遲低至微秒級以便控制環(huán)路能夠在電流PWM周期內做出響應；

2）低失調漂移是一個重要特性，這有助于盡可能地減少由相間偏移引起的任何扭矩紋波；

3）電流測量需要被隔離或在較低的電壓系統(tǒng)中進行且具有高共模能力。

電流反饋實現的幾種不同方法

電流反饋的實現方法并非唯一，大致可以概括為如下幾種：

串聯分流器檢測

隔離電流檢測

類相分流電阻檢測

電流電壓反饋主要器件及規(guī)格

下面列出了伺服電機電流和電壓反饋設計中若干器件的重要規(guī)格：

ADuM770x：隔離式Σ-? ADC，超低失調漂移有助于減少扭矩紋波。

ADuM4195-1：用于電壓和電流反饋的新型隔離放大器。通

AD7380：先進的雙通道同步16位或14位SAR ADC

AD8411：適用于較低電壓系統(tǒng)的高共模電流檢測放大器

圖3.電流反饋方案示例

第二部分電流反饋實現的方法、電流電壓反饋主要器件及規(guī)格在問文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》中均做了詳細的介紹和舉例，請下載文檔查看。

三 工業(yè)以太網連接

工業(yè)以太網是工業(yè)自動化系統(tǒng)轉變中的關鍵推動因素，使得每個伺服驅動器都可以連上IP網絡，發(fā)送和接收數據并接收來自整個系統(tǒng)的命令。因此，整個生產系統(tǒng)具有更大的透明度和洞察力，有助于提高生產力和效率。

ADI擁有廣泛的工業(yè)以太網產品組合來滿足伺服驅動器的這些需求，適用于確定性應用的可擴展以太網解決方案細分如下：

10/100Mb工業(yè)以太網技術

TSN技術

單對以太網技術

以上三種解決方案穩(wěn)健靈活，可連接各種微控制器和/或處理器。下載文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》查看有關以上三種技術的詳細說明。

四 網絡安全

聯網的電機驅動器更加智能，但也會比傳統(tǒng)電機驅動器遭受更多的網絡攻擊，在網絡安全方面存在極大隱患的同時，系統(tǒng)也可能面臨不同類型的威脅：

第一類威脅可能是惡意軟件的威脅

第二類威脅可能是來自不可信來源的命令

第三類威脅可能是竊聽威脅

最新的一類威脅是竊取知識產權

關于以上四類威脅的詳細介紹，請下載文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》進行查看。

加密

既然聯網的電機驅動器易于受到威脅，那需要采取哪些技術來保護設備免受網絡攻擊？

方法之一就是通過加密來保護數據安全。一般采用對稱加密，這是保護數據的最快方式。

另一個重要加密技術是身份驗證，與對稱加密相反，非對稱加密可以更好地實現身份驗證，采用ECDSA P256機制進行。

非對稱密鑰案例說明

為了清晰的了解身份驗證，圖4案例形象的示出了流程過程。流程說明請查看文檔文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》。

圖4. 使用非對稱密鑰進行身份驗證ECDSA-P256案例

安全認證器

ADI提供的安全認證器保障了電機驅動器的安全性，認證器通過I2C或SPI接口連接到微控制器。這些認證器是預編程設備，其功能對任何聯網設備的安全性都至關重要。認證器需要達到三個關鍵的安全目標（圖5形象地給出了說明）：

設備信任

安全存儲

安全通信

圖5. 安全認證器可確保電機驅動器安全

關于設備信任、安全存儲以及安全通信的詳細介紹及相關器件推薦，請查看文檔文檔《ADI面向高性能伺服驅動器的可持續(xù)運動控制解決方案》。

智能運動是工業(yè)自動化系統(tǒng)的核心，電機及其電機驅動器在信號鏈中處于重要地位。任何解決方案都要確保電機可以精準、可靠、安全地工作。ADI憑借深厚的技術積累，針對伺服驅動信 號鏈，就精密電流和位置反饋、信號和柵極驅動隔離、電源管理、機器健康和數字安全，提供了完整的全套解決方案，助力客戶解決復雜多樣的系統(tǒng)難題。