咱今兒個嘮嘮 FPGA 做電機控制這事兒,先把丑話說在前頭 —— 要是有人開口就提某品牌伺服驅(qū)動器還在用 FPGA 跑電流環(huán),咱可得把話掰扯清楚。咱自己實打?qū)嵞?Verilog 寫過 CORDIC 算法,啃過多摩川編碼器協(xié)議,從 Clarke 變換到 SVPWM,從 PID 到 CIC 濾波,整套 FOC 閉環(huán)搭下來,電機轉(zhuǎn)得穩(wěn)當(dāng)?shù)臅r候,也沒少琢磨這玩意兒到底合不合適。
早年用 FPGA 搭控制板,那真是把 “自己動手” 發(fā)揮到極致了。Park 變換、iPark 變換全得自己碼邏輯,電流采樣接口要是碰著非 Sigma-Delta 的 ADC,SPI/IIC 協(xié)議得從頭擼,連編碼器解析都得盯著時序一點點摳??涩F(xiàn)在不一樣了,您看瑞薩 RZ/T、TI 的 C2000 高級版(像 F28P65)、AM243x,還有 STM32H7、GD32H7 這些芯片,明擺著是來 “搶飯碗” 的。人家把三角函數(shù)加速器內(nèi)置了,EtherCAT 總線接口直接集成,連主頻都飆到幾百兆,當(dāng)年在 FPGA 里費勁巴拉攢起來的組件,人家單芯片全給你配齊了,妥妥的 “拎包入住”,誰還樂意從頭搭積木?
咱先撇開成本不談,就說改算法這事兒。您要是想加個前饋控制或者滑模觀測器,單片機里 C 語言改兩行代碼,調(diào)個參數(shù)就能仿真,F(xiàn)PGA 呢?得重新畫硬件邏輯,Verilog 改完還得跑綜合、布局布線,調(diào)個系數(shù)跟拆電路板似的麻煩。再說電流環(huán)這關(guān)鍵路徑,F(xiàn)PGA 并行處理確實快,但電機控制里時序邏輯占大頭,MCU 提提主頻、弄個多核(比如 TI 的 AM243x),處理效率直接翻倍,性能提升肉眼可見,犯不著為那點納秒級優(yōu)勢折騰整套硬件。
說到成本,那更是 FPGA 的硬傷。一顆中低端 FPGA 的價格夠買三顆高性能 MCU 了,電機控制這行本就是 “錙銖必較”,工業(yè)應(yīng)用里講究的是 “夠用、耐用、便宜”,F(xiàn)PGA 再好,架不住性價比吃虧啊。您說搞研發(fā)的時候圖個靈活還行,真到量產(chǎn)階段,供應(yīng)鏈一看賬單都得皺眉頭 —— 畢竟沒誰會為了 “我能做” 而放棄 “做得快又省”。
當(dāng)然不是說 FPGA 徹底沒地兒用了。您要是玩極端場景,比如需要納秒級同步的高精度伺服,或者非得把硬件并行優(yōu)化到極致,F(xiàn)PGA 確實能露一手。但放眼看整個行業(yè),主流需求是把 FOC 算法吃透、傳感器接口調(diào)通、總線協(xié)議跑穩(wěn),這些事兒單芯片方案已經(jīng)能打 90 分了。開發(fā)周期、維護成本、量產(chǎn)適配,MCU 哪樣不碾壓?咱當(dāng)年用 FPGA 踩過的坑,現(xiàn)在的新手拿 STM32H7 能少走一半彎路,這就是趨勢。
最后落點題:FPGA 這玩意兒,在高速通信、圖像處理這些 “吃并行、喝帶寬” 的領(lǐng)域,依舊是老大哥,MCU 拍馬趕不上。但在電機控制這兒,真別硬剛了 —— 單芯片 MCU 才是當(dāng)下的 “務(wù)實之選”。把精力花在研究模型預(yù)測控制、自適應(yīng)算法這些核心玩意兒上,比跟 FPGA 死磕接口和邏輯優(yōu)化劃算多了。工業(yè)控制的江湖里,“實在” 永遠比 “炫技” 吃得開,您說是不?
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