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消費者每天都會處理各種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)會根據(jù)外部條件采取相應的行動。以汽車為例，當你踩下油門時，汽車幾乎會立即加速，也就是說，踩下踏板后，沒有明顯的延遲。

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以汽車示例為主題，假設(shè)汽車是一個系統(tǒng)，外部條件（司機）踩下油門以提高速度，系統(tǒng)實現(xiàn)了所謂的實時控制。實時控制是閉環(huán)系統(tǒng)在定義的時間窗口中收集、處理和更新數(shù)據(jù)的能力。如果系統(tǒng)錯過了定義的時間窗口，其穩(wěn)定性、精度和效率都會降低。控制能力下降可能會影響系統(tǒng)性能；例如，無法達到所需的速度，甚至過熱。本文將介紹實時控制系統(tǒng)的功能塊，并以機器人應用為例。

雖然系統(tǒng)組件之間的通信不需要參與系統(tǒng)控制，但它也應該與主控制環(huán)一起工作。實時控制涉及的主要功能塊包括檢測（收集數(shù)據(jù)）、控制（解釋和使用數(shù)據(jù)）和驅(qū)動（更新系統(tǒng)）（見圖1）。

圖 1:實時控制環(huán)路的主要功能塊

以下是這些部分的詳細介紹。

●檢測是指測量電壓、電流、電機轉(zhuǎn)速或溫度等外部因素。為了在特定時間點為系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)，需要準確、準確地測量這些關(guān)鍵參數(shù)。

● 為了計算下一個輸出命令，中央處理單元將控制技術(shù)應用于輸入數(shù)據(jù)。微控制器 (MCU)或控制器(例如 C2000實時MCU、基于Sitara Arm的MCU、集成無刷直流電機驅(qū)動和直流/直流控制器)具有優(yōu)異的處理能力，有助于確保系統(tǒng)滿足通常為幾微秒到幾毫秒的超短時間窗口要求。

●驅(qū)動器將計算的輸出命令應用到系統(tǒng)中，以控制輸出。改變驅(qū)動電力電子系統(tǒng)的脈寬調(diào)制器(PWM)單元占空比是驅(qū)動示例。有助于提高驅(qū)動性能TI產(chǎn)品包括具有集成柵極驅(qū)動器的模擬驅(qū)動器、隔離柵極驅(qū)動器和氮化鎵 (GaN) 晶體管的場效應。

●最后，確定性高速通信接口（如快速串行接口或以太網(wǎng)）實現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備或內(nèi)部組件之間的及時通信。

以機器人為例，實時控制可以精度為100μm下面。這個精度級可以通過連續(xù)測量電機的電流、電壓和位置來實現(xiàn)。處理單元將測量值與計算值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整發(fā)送給電機PWM此外，整個過程需要在幾微秒鐘內(nèi)完成，以滿足系統(tǒng)的精度和時間要求。

圖 二、快速電流環(huán)路圖

實時控制也是實現(xiàn)高效可靠電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)。例如，實時控制有助于保持充電站穩(wěn)定的輸出功率，調(diào)整流入汽車電池的電流，從而保證電池壽命，避免過熱。實時控制MCU和GaN新技術(shù)的結(jié)合可以提高功率密度和效率，有助于充分減少應用的功率損耗。

現(xiàn)代電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能不斷提高，因此對實時控制的要求越來越嚴格。例如，高精度高速計算機數(shù)控機械（控制磨床、車床等復雜機床的機械）可以超過轉(zhuǎn)速 20,000RPM實現(xiàn)低于5μm精度。上述功能只能通過快速控制環(huán)路來實現(xiàn)，這意味著信號測量和系統(tǒng)調(diào)整之間的延遲時間通常不到1μs。

鑒于計算需求高度敏感，許多設(shè)計師使用現(xiàn)場可編程門陣列、外部快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和多個MCU的組合。但是TI的C2000 MCU和Sitara在不到之前，處理器可以提高模擬集成度 1μs 電流環(huán)路在時間內(nèi)執(zhí)行，即快速電流環(huán)路。通過在現(xiàn)代控制拓撲中充分利用快速電流環(huán)路，設(shè)計師可以以更低的成本開發(fā)更小、更高性能的系統(tǒng)。

使用完全集成的解決方案，如TI的 MCF8316電機驅(qū)動器也可以進一步降低成本。 該設(shè)備采用無刷直流電機控制算法直流電機控制算法進行預編程和微調(diào)MCU的簡單I2C只讀存儲器即可實現(xiàn)接口配置集成電擦除。它們還提供硬件配置，CSR代理支持系統(tǒng)設(shè)計師嗎？MCU調(diào)整電機。MCF8316集成了六個金屬氧化物半導體場效應晶體管，為電機提供電流，實現(xiàn)了7mm x 5mm完整的實時電機控制解決方案。

實時控制是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電器、電動和混合動力電動汽車、電力輸送、電機驅(qū)動和機器人的重要組成部分。為了進一步提高響應速度，上述所有應用程序都需要縮短執(zhí)行動作的時間窗口。TI一套完整的檢測、處理、控制和通信技術(shù)可以提供低性能和低延遲響應時間，有助于實現(xiàn)更小、更可靠的實時控制系統(tǒng)。