リアルタイム制御システムの進歩
センシング、処理、制御、通信の各技術を取り揃えた TI の包括的な製品ラインアップを採用すると、よりスマートで、より信頼性の高いリアルタイム制御システムを製作できます
あらゆる閉ループ・システムで性能向上と電力増加を実現
アプリケーションによっては、1 秒未満の非常に短い時間でシステムの安定性が左右されます。そのような状況で TI 製品を採用すると、リアルタイム制御の実装と最適化に必要なセンシング、処理、制御、通信を実現することができます。TI は数十年にわたって専門知識を蓄積し、最新の技術に取り組んできました。TI 製品を採用すると、設計者は信頼性、効率、性能を最大限高め、システムのサイズ、複雑さ、コストを低減しやすくなります。
「リアルタイム制御」の定義とこの制御方式が必要な理由
私たちが毎日身の回りで使用する各種システムは、周囲の状況を評価し、その状況に合わせて動作しています。これらのシステムは、「リアルタイム制御」という機能を実装しています。次の記事 は、リアルタイム制御システムの各種機能ブロックについて説明し、1 つの例としてロボット・アプリケーションを紹介します。
リアルタイム制御が重要な理由
迅速な応答時間
精密さと精度を犠牲にせずに、適切なタイミングでシステムを制御することができます。
高い電力密度
より小規模なスペースにより多くの能力を搭載し、システムの機能を強化します。
効率が向上
モーターとアクチュエータの性能と出力を高め、しかもコストを低減することができます。
より安全でより信頼性の高い各種システム
システムの信頼性と精度の向上を通じて、より安全なシステムを製作できます。
リアルタイム制御システムの機能ブロックの詳細
リアルタイム制御システムにおけるセンサ・データの信頼性を最適化するための 3 つのヒント
この記事は、リアルタイム制御システムの最初の機能ブロックであるセンシングを詳細に検討します。センサの特定のパラメータに注目し、リアルタイム制御システムのデータ・キャプチャを最適化する方法について説明します。
リアルタイム処理能力を活用して高性能電源システムを駆動する方法
この記事 (2022 年 10 月 8 日に翻訳納品済みですが 10 月 18 日時点で未公開のようです。「リアルタイム処理能力を活用して高性能電源システムを駆動する方法」) は、高性能電源システムへの応用という観点で処理機能の価値を提示し、リアルタイム制御システムにおける処理機能の役割に関する誤解を解消することを目指しています。
リアルタイム・モーター制御システムで効率的、高信頼性、高精度のアクチュエータ駆動を実現する方法
この記事は、モーター・ドライブ・アプリケーションから抜粋した例を使用して、リアルタイム制御のアクチュエータ駆動段を取り上げるほか、信頼性の高いシステム出力動作を実現するうえでその段がなぜ重要なのかを説明します。
リアルタイム制御と通信における情報技術と運用技術 （IT/OT） の融合が産業用オートメーションの進歩に貢献
この記事では、リアルタイム制御システムの通信ステージについて解説し、インダストリ 4.0 を議論の土台として使用します。
主なアプリケーションの概要
TI のリアルタイム制御技術を活用すると、IEC 61800-9 に準拠した最高のエネルギー・クラスである IES2 を達成し、1μs という最小レイテンシの電流ループを実現することができます。
低レイテンシ、低ジッタ、高精度のモーター位置制御と速度制御を実現します。
- リアルタイム制御のペリフェラルとアクセラレータ、プログラマブル PRU-ICSS、および構成可能なロジック・ブロックを内蔵した各種マイコンを採用すると、1μs 未満の電流制御ループ・レイテンシと低ジッタ通信を実現できます。
- 高精度の各種絶縁型データ・コンバータを採用すると、広い動作温度範囲にわたって 0.1% より良好な精度で電流と電圧のセンシングを実現できます。
- 各種モーター・ドライバは、速度、モーター電流、回転子の角度、DC バスの電圧と電流のリアルタイム監視、さらに BLDC モーターの速度とトルクの制御を可能にします。
主なリソース
- TIDM-02007 – Dual-axis servo drive with fast current loop (FCL) control reference design
- TIDEP0057 – PRU-ICSS 上で AM437x を使用するマルチプロトコル・デジタル・ポジション・エンコーダ・マスター・インターフェイスのリファレンス・デザイン
リアルタイム制御により、5kW 時に 99% を上回る効率を達成します
データ・センター CPU、オープン・センター・コンピュート・プロジェクト、サーバー・ラック PSUのパワー・レベルと 80Plus titanium 規格を向上させることにより、効率と電力密度を高めるニーズに対応する動きが促進されます。TI のリアルタイム制御マイコンと GaN 技術をトーテムポール PFC トポロジで採用した結果、5kW 時に 99% を上回るエネルギー効率を達成すると同時に、最 大800kHz の周波数で動作します。
主なリソース
- Thermal Performance of QFN12x12 Package for 600V, GaN Power Stage (Rev. A) – アプリケーション・ノート
- スイッチング電源の電流モード制御 (Rev. E 翻訳版) – アプリケーション概要
クラス最高のリアルタイム通信機能と制御機能により、安全で高精度の多軸モーション・コントロールを実現します。
ロボットが工場を自動化する場合、車載、医療、配送倉庫、農業のシステムで、コストを削減するスケーラビリティ、統合された安全性、高速な応答時間が求められます。マイコンとプロセッサで構成されたTIの幅広い製品ラインアップを活用すると、タイムクリティカルな産業用アプリケーションにとって重要な、さまざまなペイロードと多軸モーター/モーション制御のスケーラブルなアーキテクチャを実現できます。
主なリソース
- インダストリ 4.0 サーボ・ドライブに Sitara™ プロセッサおよびマイコンを活用 (Rev. C 翻訳版) – ホワイト・ペーパー
- E-book：産業用ロボット設計に関するエンジニア・ガイド – e-Book（PDF）
AC から DC、DC から DC に電力をデジタル変換する際に、高精度のリアルタイム制御を通じて高い電力密度と効率を実現します。
リアルタイム・コントローラを使用して、高効率で電力密度の高いデジタル出力段を設計します。
- さまざまなトポロジをサポートする、パルス幅変調 (PWM) 数とメモリ・サイズの拡張性。
- GaN / SiC の能力発揮に貢献する 150ps の高分解能 PWM。
- 保護方式の簡素化に寄与する構成可能ロジック・ブロック (CLB)。
主なリソース
- TIDA-01606 – 10kW、双方向、3 相、3 レベル (T タイプ) インバータと PFC のリファレンス・デザイン
- TIDA-010210 – GaN ベース、11kW、双方向、3 相 ANPC (アクティブ中性点クランプ型) のリファレンス・デザイン
高効率のモーター制御と電力変換を実現し、運用コストの削減、環境に及ぼす影響の低減、家電製品の快適性レベルの向上を達成します。
家電製品にとって重要な最高クラスの効率と最高クラスの音響性能を実現するために、リアルタイム・モーター制御を使用して閉ループ・モーター制御アルゴリズムを設計します。
- C2000 リアルタイム・マイコンを採用すると、モーター効率と電力効率の最大化、システム・コストの最適化、信頼性の向上を実現することができます。
- センサレス FOC (磁界方向制御：フィールド・オリエンテッド・コントロール) 制御機能を搭載した統合型ブラシレスDC (BLDC) ドライバは、低ノイズで効率的なモーター動作を実現します。
主なリソース
- TIDM-02010 – HVAC (エアコン) 向けデジタル・インターリーブ PFC を搭載したデュアル・モーター制御のリファレンス・デザイン