电机控制技术的研究与应用 (现代电机控制技术)

一、引言

电机控制技术作为电气工程领域的重要分支，随着科技的飞速发展，其在工业、能源、交通、医疗、家居等各个行业的应用越来越广泛。
现代电机控制技术更是日新月异，不断有新的技术、新的理念涌现出来，推动着电机控制技术的持续进步。
本文将从电机控制技术的研究现状、关键技术、应用领域以及未来发展趋势等方面，对现代电机控制技术进行深入探讨。

二、电机控制技术的研究现状

电机控制技术是一门涵盖了电力电子、自动控制、计算机等多个学科的综合性技术。
随着现代工业的发展，电机控制技术在各行各业的应用越来越广泛，对其性能的要求也越来越高。
目前，电机控制技术的研研究主要集中在以下几个方面：

1. 高效能电机控制策略：为提高电机的运行效率，研究人员正在寻求更高效的电机控制策略，如矢量控制、直接转矩控制等。
2. 智能化电机控制：随着人工智能技术的发展，智能化电机控制成为研究热点。通过引入智能算法，实现电机的自适应控制，提高电机的运行性能。
3. 电机系统的故障诊断与保护：为确保电机系统的稳定运行，研究人员正在研究各种故障诊断与保护技术，如电流检测、温度检测等。

三、电机控制技术的关键技术

现代电机控制技术的关键技术主要包括以下几个方面：

1. 电力电子技术：电力电子技术在电机控制中起着关键作用，通过变换电压和电流，实现对电机的精确控制。
2. 自动控制技术：自动控制技术是电机控制的核心，通过引入各种控制算法，实现电机的自动调节和优化运行。
3. 计算机技术：计算机技术为电机控制提供了强大的计算和处理能力，使得电机控制系统更加智能化和灵活。
4. 传感器技术：传感器技术为电机控制提供了实时、准确的信息反馈，使得控制系统能够实时调整电机的运行状态。

四、电机控制技术的应用领域

电机控制技术在各个领域的应用十分广泛，主要包括以下几个方面：

1. 工业领域：在制造业、冶金、化工等工业领域，电机控制技术应用于各种生产设备中，实现设备的自动化运行。
2. 能源领域：在风能、太阳能等可再生能源的利用中，电机控制技术起着关键作用，实现电能的转换和存储。
3. 交通领域：在电动汽车、轨道交通等交通工具中，电机控制技术是实现动力系统的核心。
4. 医疗器械：在医疗设备的驱动系统中，电机控制技术广泛应用于手术器械、康复设备等。
5. 家居领域：在智能家居系统中，电机控制技术应用于家电产品、窗帘、灯光等设备的控制。

五、电机控制技术的未来发展趋势

随着科技的不断发展，电机控制技术的未来发展趋势将主要体现在以下几个方面：

1. 高效能：随着节能减排的要求越来越高，电机控制技术的能效将不断提高，实现更高效能的电机运行。
2. 智能化：随着人工智能技术的发展，电机控制技术将越来越智能化，实现自适应、自学习、自优化等功能。
3. 数字化：数字化技术将使得电机控制系统更加灵活和可靠，实现远程监控、故障诊断等功能。
4. 绿色环保：在可再生能源领域的应用将推动电机控制技术向更加绿色环保的方向发展。

六、结论

现代电机控制技术作为电气工程领域的重要分支，其在各个行业的应用越来越广泛。
随着科技的不断发展，电机控制技术将越来越高效能、智能化、数字化和绿色环保。
未来，我们将看到更多创新的技术和理念在电机控制领域得到应用，推动电机控制技术的持续进步。

电机及控制技术内容简介

《电机及控制技术》一书，遵循教育部倡导的工作过程导向的高职高专教学改革理念，以项目为导向，设计了六个项目共计十八个任务。 内容涵盖了变压器测试与应用、异步电动机的特性测试与应用、控制电机控制与应用，以及常用低压电器如接触器、继电器等的测试与应用，还包括电气控制线路基础和传感器技术的测试及综合应用等核心内容。 每个项目分为五个部分：任务分析，介绍了任务背景和目标；相关知识，涵盖了必要的理论基础；任务实施，通过实际操作让学生掌握技能；知识拓展，旨在深化理解和拓宽视野；思考与练习，提供实践后的反思和巩固练习。 例如，项目一变压器的测试，首先分析任务需求，接着介绍变压器的相关知识，然后进行实际操作，之后扩展相关技术，最后通过思考和练习检验学习成果。 本书适合各级职业院校电气、机电专业的教学使用，也能作为培训机构和工程技术人员的参考工具。 通过实践操作和理论学习相结合的方式，帮助学生在实际工作中提升技能，强化理论与实践的结合。 每个任务的学时分配和考核方式建议采用“技术理论+实践操作”的模式，具体学时分布见附录。 全书旨在培养学生的实践操作能力和创新能力，以适应现代职业教育的需求。

关于伺服电机的课题研究

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。 在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。 随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。 现就二者的使用性能作一比较 步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机和交流伺服电机性能比较 c。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。 也有一些高性能的步进电机步距角更小。 如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。 以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/=0.036°。 对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/=9.89秒。 是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。 振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。 这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。 当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。 交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。 交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。 交流伺服电机具有较强的过载能力。 以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。 交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。 交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。 但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。 所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。 写这个帖子的人，是卖交流伺服电机的吧？内容基本正确，但是，不全面。 楼主用于对比的几个部分，有些是可以从另外一个角度来看的。 1、控制精度不同 显然，楼主不知道步进电机驱动器有细分的概念。 两相步进电机的步进角是1.8度没错，但是，现在64细分的驱动器也很常见了。 注意，这个时候，电机是200*64=个脉冲转一圈。 而市面上常见的交流伺服，编码器不过是2048或者2500线的。 当然，有17位编码器的电机，不过，步进驱动器也有256细分的。 从分辨率而言，交流伺服还是要高一些，但是远没有楼主所写得那么夸张。 而且，既然是说控制精度，那么，用过伺服的人都应该知道，伺服的动态重现性是分辨率的多少倍。 就常规设计而言，选型时，要把重现性指标乘以5作为伺服反馈的分辨率。 这样，伺服的控制精度真的比伺服好吗？ 2、低频特性不同 当步进电机细分数达到32以上时，基本就没有低频振动的问题了。 而伺服想保持一个准确、稳定的低速，用过的人应该知道参数有多难调（只要速度、不要位置的话，还好做一点） 3、频矩特性不同 对于转矩，需要补充一点，伺服本身是没有保持力矩的，而步进电机有保持力矩。 区别在于，伺服电机的所谓静止，实际上是一个动平衡的过程，电机不会真的停在指定位置上（所以交流伺服的重现性要定到反馈分辨率的3-5倍，而步进电机重现性可以比分辨率更高）。 4、过载能力不同 这个没有什么可说的，不过对于力矩浪费的说法，还是有点意见。 很多步进驱动器提供了半流功能，在不需要全力矩输出的时候，可以降低电流，减小力矩。 5、运行性能不同 丢步确实是步进电机的致命缺陷，但是，伺服就可以不考虑加减速的曲线吗？你真给一个阶跃信号试试，电机会有多大的抖动。 不过抖归抖，最终还是会停在正确的位置上，这确实比步进强。 如果是定位控制，这个抖动无所谓了，如果是过程控制，谁敢这么用？ 6、速度响应性能不同 因为交流伺服可以有瞬间大扭矩输出，所以加速性能可能比步进强，不过松下加到3000RPM用几毫秒，先试过再来说话好不好？而且说到响应，那就不能不说交流伺服的本质缺陷——滞后。 一般电机，速度环响应2毫秒，位置环响应则很少看到数据，一般认为是8毫秒。 说到快速起停，伺服总是手其响应频率限制，而步进电机基本不用考虑响应时间的问题。 用步进电机可以很简单的做到一秒起停100次，每次移动20微米，用伺服大家可以试试看。 步进与伺服，无所谓优劣，各有适用场合而已，一般来说，大负载，高速度的应用，不要用步进电机，但低负载、低速度的场合，高细分的步进性能比交流伺服要好。 - 作者： motioncontrol 2005年04月16日, 星期六 19:44 回复（1） | 引用（0） 加入博采 变频器基本参数的调试(转载) 关键词：变频器 参数 调试 变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。 实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。 但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。 因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。 由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。 关键词：变频器 参数 调试 变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。 实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。 但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。 因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。 由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。 一 加减速时间 加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。 通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。 在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。 加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。 加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。 二 转矩提升 又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。 设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。 如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。 对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。 三 电子热过载保护 本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。 本功能只适用于一拖一场合，而在一拖多时，则应在各台电动机上加装热继电器。 电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)]×100%。 四 频率限制 即变频器输出频率的上、下限幅值。 频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。 在应用中按实际情况设定即可。 此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。 五 偏置频率 有的又叫偏差频率或频率偏差设定。 其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时，可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低，如图1。 有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在0～fmax范围内，有的变频器(如明电舍、三垦)还可对偏置极性进行设定。 如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz，而为xHz，则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。 六 频率设定信号增益 此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。 它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题；同时方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为最大时(如10v、5v或20mA)，求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可；如外部设定信号为0～5v时，若变频器输出频率为0～50Hz，则将增益信号设定为200%即可。 七 转矩限制 可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。 它是根据变频器输出电压和电流值，经CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。 转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。 假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。 驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在最大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。 在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会超过最大设定值。 驱动转矩大对起动有利，以设置为80～100%较妥。 制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。 如制动转矩设定为0%，可使加到主电容器的再生总量接近于0，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。 但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。 八 加减速模式选择 又叫加减速曲线选择。 一般变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性曲线；非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等；S曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。 设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了。 究其原因是：起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。 九 转矩矢量控制 矢量控制是基于理论上认为：异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。 矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。 因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。 采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。 现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。 这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。 与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。 这一功能主要用于定位控制。 十 节能控制 风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。 要说明的是，九、十这两个参数是很先进的，但有一些用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。 究其原因有：(1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。 (2)对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。 (3)启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或读取方法不当。

现代电机控制？

1 控制理论方面自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。 这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。 这种控制方法现已较成熟，已经产品化，且产品质量较稳定。 因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。 近年来，围绕着矢量变换控制的缺陷，如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等等问题，国内、外学者进行了大量的研究。 1985年，德国的Depenbrock教授提出一种新的控制方法，即异步电动机直接转矩控制系统。 它就是上述研究的结果。 它不需要坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，理论上非常诱人。 实验室条件下也已做出性能指标相当高的样机。 只是还有些问题未解决，如低速时转矩观测器和转速波动等，未能产品化。 现在市面上自称实现了转矩直接控制的系统，大多都是或者采用了将磁链定向与直接转矩控制相结合的方法，低速时采用磁链定向矢量变换控制，高速时采用直接转矩控制。 或者同时观测转子磁链，作为直接转矩控制系统的校正。 一来这种方法平稳切换的时机较难确定，目前德国大学的博士正在研究这个问题；二来如果低速时采用磁链定向矢量控制，或采用观测转子磁链的方法，还是要依赖转子参数。 也就是说只要有转子磁链的成分在里面，就还是对转子参数较敏感。 无法体现直接转矩控制的优势。 看来，完全的转矩直接控制离产品化还有一段距离。 除此之外，基于现代控制理论的滑模变结构控制技术、采用微分几何理论的非线性解耦控制、模型参考自适应控制等等方法的引入，使系统性能得到了改善。 但这些理论仍然建立在对象精确的数学模型基础上，有的需要大量的传感器、观察器，因而结构复杂，有的仍无法摆脱非线性和电机参数变化的影响，因而需进一步探讨解决上述问题的途径。 纵观电机工业的发展史，几乎每一次大的发展都是有理论方面的突破。 但现在作为一些较成熟的现代交流系统，再提出具有划时代意义的理论不太容易。 因此今后的发展，相当长一段时间内还会是将现有的各种控制理论加以结合，互相取长补短，或者将其它学科的理论、方法引入电机控制，走交叉学科的道路，以解决上述问题。 近年来，智能控制研究很活跃，并在许多领域获得了应用。 典型的如模糊控制、神经网络控制和基于专家系统的控制。 由于智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，因而许多学者将智能控制方法引入了电机控制系统的研究，并预言未来的十年将开创电力电子和运动控制的新纪元。 比较成熟的是模糊控制，它具有不依赖被控对象精确的数学模型、能克服非线性因素的影响、对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性等等优点。 模糊控制已在交直流调速系统和伺服系统中取得了满意的效果。 它的典型应用如：用于电机速度控制的模糊控制器；模糊逻辑在电机模型及参数辨识中的应用；基于模糊逻辑的异步电动机效率优化控制；基于模糊逻辑的智能逆变器的研究等等。 近年来已有一些文献探讨将神经网络控制或专家系统引入异步电动机的直接转矩控制系统，相信不久的将来会获得实用性结果。 2 控制器方面有了好的控制方法，还需要有能将其实现的控制器。 可靠性高，实时性好是对控制系统的基本要求。 最初的电机控制都是采用分立元件的模拟电路，后来随着电子技术的进步，采用集成电路甚至专用集成电路。 这些电路大多为模拟数字混合电路，既提高了可靠性、抗干扰性，又缩短了开发周期和研制费用，减小了体积，因而发展很快。 作为专用集成电路（ASIC-Application Specific Integrated Circuit）的一个重要方面，几乎所有先进工业国家的半导体厂商，都能提供自己开发的电机控制专用集成电路。 所以电机控制专用集成电路品种、规格繁多，产品资料和应用资料十分丰富。 但同时由于各厂商之间无统一标准，因而产品极其分散，又不断有新产品出现，为满足一次设计的需要，往往要花很大力气、很多时间去收集整理资料。 但如前所述，当前电机控制的发展越来越趋于多样化、复杂化。 所以有时未必能满足越来越苛刻的性能要求。 这时可以考虑自己开发电机专用的控制芯片。 现场可编程门阵列（FPGA)可以作为一种解决方案。 作为开发设备，FPGA可以方便地实现多次修改。 简单地打个比方，FPGA相对于ASIC好比EEPROM相对于掩模生产的ROM。 由于FPGA的集成度非常大。 一片FPGA少则几千个等效门，多则几万或几十万等效门。 所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑，替代多块集成电路和分立元件组成的电路。 它借助于硬件描述语言（VHDL或VerilogHDL）来对系统进行设计，硬件描述语言摈弃了传统的从门级电路向上直至整体系统的方法。 它采用三个层次的硬件描述和自上至下（从系统功能描述开始）的设计风格，能对三个层次的描述进行混合仿真，从而可以方便地进行数字电路设计。 具体层次及其简介如下：第一层为行为描述，主要是功能描述，并可以进行功能仿真；第二层是RTL描述，主要是逻辑表达式的描述，并进行RTL级仿真：第三层是门级描述，即用基本的门电路进行描述，相应地进行门级仿真。 最后生成门级网络表，再用专用工具生成FPGA的编程码点，就可以进行FPGA的编程了。 试制成功后，如要大批量生产，可以按照FPGA的设计定做ASIC芯片，降低成本。 目前已有探讨这方面可行性的文章，有兴趣的读者可参阅。 集成电路的出现对电机控制的影响是深远的。 它大大地推动了电机控制行业的发展，至今仍具有广大市场，只可惜国内的集成电路厂商不能占到这一市场他们应该占到的份额。 随着技术的进步，特别是数字化趋势广泛流行的今天，人们不会满足于停留在模拟数字混合的时代。 现在市面上较通用的变频器大多都是采用单片机来控制。 应用较多的是8096系列产品。 但单片机的处理能力有限，特别是采用矢量变换控制的系统，由于需要处理的数据量大，实时性和精度要求高，单片机往往不再能满足要求。 因此人们自然而然地又想到了数字信号处理器（DSP）。 近年来，各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善，软件和开发工具也越来越多，越来越好；价格却大幅度下滑，目前低端产品已接近单片机的价格水平，且具有更高的性能价格比。 从而使得DSP器件及技术更容易使用，价格也能够为广大用户接受。 越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能，DSP器件取代高档单片机的时机已经成熟。 而且随着DSP在各行各业中的广泛普及，专业人才方面的供需矛盾也会很快解决。 与单片机相比DSP器件具有较高的集成度。 DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。 提供高速、同步串口和标准异步串口。 有的片内集成了A／D和采样／保持电路，可提供PWM输出。 更为不同的是，DSP器件为精简指令系统计算机（RISC）器件，大多数指令都能在一个指令周期内完成，并且通过并行处理技术，使一个指令周期内可完成多条指令。 DSP采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。 内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。 而单片机为复杂指令系统计算机（CISC），多数指令要2～3个指令周期来完成。 单片机采用诺依曼结构，程序和数据在同一空间存取，同一时刻只能单独访问指令或数据。 ALU只能做加法，乘法需要由软件来实现，因此占用较多的指令周期，也就是说速度比较慢。 所以，结构上的差异使DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。 简单地说，就是DSP器件运算功能强，而单片机的事务处理能力强。 DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。 此外，DSP器件提供JTAG(JointTest Action Group)接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便。 为了在电机控制市场抢占份额，各大DSP生产厂商纷纷推出自己的内嵌式DSP电机专用控制电路。 如占DSP市场份额45％的美国德州仪器公司，凭借自己的实力，推出电机控制器专用DSP-TMS320C24x（TMS320F24x片内ROM为可擦写）。 新的TMS320C24xDSP采用TI的T320C2xLP16位定点DSP核心，并集成了一个电机控制事件管理器，后者的特点是可以最佳方式实现对电机转向的电子控制。 该器件利用TI的可重用DSP核心技术，显示出TI的特殊能力—通过在单一芯片上集成一个DSP核及其数字和混合信号外设件，制造出面向各种应用的DSP方案。 TMS320C24x作为第一个数字电机控制器的专用DSP系列，可支持电机的转向、指令的产生、控制算法的处理、数据交流和系统监控等功能。 集成化DSP核、最佳化电机控制器事件管理器和单片式A／D设计等诸多因素加在一起，就可提供一个单芯片式数字电机控制方案。 系列中的TMS320C240包括一个20MIPS DSP核、一个事件管理器、两个串行接口、一对10位A/D转换器、一个32位数字I/O系统、一个监视计时器、一个低电压监测器和一个16K字符快闪存储器(TMS320F240型）。 依靠兼容性实现系统升级。 TMS320C240的编码与TI的TMS320Clx，TMX320C2x，TMS230C2xx和TMS320C5x系列中的DSP相兼容。 它利用TMS320的定点DSP软件开发工具和JTAG仿真支持，从而可使电机控制器领域内的开发商方便地从微控制器升迁至新的DSP。 美国模拟设备（AD）公司也不甘落后，与著名的英特尔（intel）公司合作，生产出ADMC3xx系列电机控制专用DSP，性能与TI公司的产品相差不大。 也是基于AD公司的16位定点DSP核ADSP2171来设计的，此外还集成了三相PWM产生器（16位）和A/D转换器。 其它比较有名的生产DSP的厂商还有摩托罗拉公司（Motorola）和国家电器公司（NEC）。 采用基于DSP的电机专用集成电路的另一个好处是，可以降低对传感器等外围器件的要求。 通过复杂的算法达到同样的控制性能，降低成本，可靠性高，有利于专利技术的保密。 有时，系统要求的人机交互、打印等控制较多，一个DSP不能胜任，这时可采用一个单片机来处理事务，一个DSP来处理运算的异型多处理器系统。 但这样做，既增加了两个处理器之间同步和通信的负担，又使系统实时性变坏，延长系统开发时间。 这种情况下，采用Tricore是解决问题的好方法，它把微处理器、微控制器和数字信号处理器的能力集中于一块芯片上，从而能单片解决遇到的大多数工程问题。