CN1641630A - 基于硬件的可配置的运动控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种产生用于控制交流电机的运动控制算法的装置包括：运动控制引擎，其包括：运动控制序列发生器；运动控制程序存储器；端口存储器；多个运动控制模块；以及多个运动外围模块，所述运动控制序列发生器执行保存在所述运动控制程序存储器中的指令序列，指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述运动控制模块和所述运动外围模块之中选出的一个，并利用指定的模块输入和模块输出连接以及保存在所述端口存储器中的运行参数来产生运动控制算法。微控制器可以与电机控制程序存储器和端口存储器连接，用以监控运动控制引擎的输出。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年10月15提交的、题为“基于硬件的可配置运动控制装置和算法”的第60/511,782号美国临时申请(IR-2596 Prov)以及2003年10月23日提交的题为“通过单芯片运动控制引擎IC实现的高性能交流驱动”第60/514,419号美国临时申请(IR-2612 Prov)的优先权权益。上述两个在先申请的内容通过应用被并入本文以作为参考。
发明领域
本发明涉及一种用于设计和配置交流电机(如感应电机或永磁电机)的运动或动作(motion：以下统称为运动)控制算法的装置和方法。这种新的方法也称为运动控制引擎(“MCE”)，它提供了在硬件中实现的多种基本功能控制单元，并且利用独特的运动控制序列发生器(sequencer)来产生控制单元之间的连接。该运动控制序列发生器在由用户指定的功能控制单元之间传递信号，以实现可全面配置的控制信号连接。
背景技术
与基于微控制器或DSP(数字信号处理器)编程的运动控制算法的常规开发方法不同，MCE提供了更快的计算、更小的硅管芯以及更显著的设计时间的缩短。
设计高性能伺服控制系统是一项复杂的任务。它通常需要不同技术领域中的多种才能和训练。因此，许多设计工程师通常涉及到这样的设计过程，它需要对功率电子设备技术、硬件集成、高级控制算法、灵活的用户接口、网络通信等等具有深刻的理解。
在这些设计因素中有许多控制算法，它们会严重影响最终的系统性能。这些控制算法包括多个与传感器接口的单元，它们与功率电子电路和元件紧密连接。位置、速度和电流是需要从适当的传感器反馈回来的重要变量。对三相交流电机的控制需要场定向控制(FOC)。FOC的目的是通过转换三相交流电流和电压来建立对转矩的线性控制。
FOC检测到三相电机电流并将检测到的电流转换成两个变量(即，转矩电流和场电流)，从而简化转矩控制。因此，闭环电流控制实际上包含两个单独的电流控制环，一个用于转矩电流，另一个用于场电流。每个环都相同并且都由多个控制元件组成。矢量转子、克拉克(Clark)变换、比例积分(PI)、脉宽调整(PWM)、以及电流检测是各个闭环电流控制中的一些重要控制单元。
除了PWM和电流检测功能以外，所有的控制单元通常都是由运动控制DSP或微控制器中的软件代码来实现的。在利用DSP和微控制器的实时控制环境中，这些电流控制环以高的优先级任务实现。这需要利用精深的知识或实时控制以在特定的时期内实现顺序执行各个控制单元，从而完成计算。
这些通常由特定的硬件事件/中断驱动的任务需要执行精确的软件定时，这需要对指令代码进行排序以按照特定的次数操纵硬件，从而实现对电机的控制。
当设计诸如场定向控制(FOC)的运动控制算法时，在设计过程中通常涉及到两个阶段。一个阶段是设计出控制框图(图1示出了一个例子)中的所需控制结构。另一个阶段是通过编程来实现由选定的微控制器或DSP执行的代码。
所述第一个阶段的任务是定出包括各个控制单元、采样频率、数据范围、量化误差、分辨率以及数据格式在内的控制方案的详细结构。这个任务通常是由控制工程师完成的。图1示出了它的一个例子。所述第二个阶段的任务是用软件代码(如汇编语言和/或C语言)的方式运行定出的算法并测试运行的代码。这个任务是由软件工程师或根据项目而同一控制工程师完成的。
当利用常规的微控制器或DSP在软件代码中实现时，微控制器或DSP所选定的执行时间将根据软件工程师的熟练度和编码经验而不尽相同。如果执行时间不能够满足最初的规格，则控制带宽将是不能接受的，由此降低了电机驱动的动态性能。无论工程师选择的是什么样的代码语言，代码的可读性还取决于每个人的熟练度。这将经常产生不能满足最初性能目标的非所期望的结果。更具体地讲，由于与微控制器或DSP的顺序执行本质结合在一起的不正确的编码技术，控制任务(如闭环电流控制)的计算时间或执行时间可能会超过所需的时间。
伺服应用和无传感器控制的FOC通常以汇编语言而不是高级语言的方式编写。这是因为如下事实，即，这些应用通常要求快速的计算和更新率以满足对较高动态性能的增加的需求。有时候要使用特殊的编码技术(例如，用于实现快速乘/除功能的移位指令)来实现快速计算，从而克服常规的计算能力迟钝问题。
无论是高级语言(即，C，C++等)或低级语言，并且无论使用DSP或微控制器，编程都需要具有能将运动行为编写成由上千行指令组成的顺序计算描述的专门技能。然后软件模块(即，软件通常是模块化的)的所有源代码段都要被编译并链接在一起。最后，它将变成一个大的可执行对象编码，其含有所有的功能，包括：闭环控制、用户接口排序、网络通信，等等。如果存在误差或错误，则它们必须在源代码级上被发现和修复，而且需要被再次编译和链接以产生可执行对象编码的修改版本。这个过程通常要重复多次以达到最终产品目标。
用于编程和编码的开发时间也会有变化。有经验的软件工程师需要的时间较短。软件任务有时候被分割成非控制(或非实时)任务和控制(或实时)任务。在某些情况下，多个软件工程师共同参与一个项目。例如，一个软件工程师被安排从事控制任务，而另一个软件工程师被安排从事通信和用户接口任务。这些任务之间的定时接口和数据接口变得非常重要，并且增加了开发完整软件的额外工作。
虽然在过去的二十年中已经建立了开发的方法，但微控制器和/或DSP编程总是需要专门的注意力以在满足运行的代码的执行时间或计算时间的同时使开发时间最小化。
另一种谐调工作是代码维护。代码维护的成本通常是隐性成本，并且不会在开发阶段的开始阶段显现出来。
因此，对于高性能伺服系统和无传感器交流电机驱动系统开发而言，在实现高性能的同时实现快速运动控制算法开发仍是一项具有挑战性的工作。
发明内容
根据本发明，提供了一种运动控制引擎(MCE)，其包括在例如硅中实现的硬件，和与微控制器或DSP相关的常规编程相比，它能够实现更快的控制算法运行并缩短开发时间。
本发明的一个目的是通过利用硬件控制来缩短计算时间以增加带宽和动态性能，同时能够简化控制算法的开发方法。
根据本发明，它提供了一种产生用于控制交流电机的运动控制算法的装置，所述装置包括：运动控制引擎，其包括运动控制序列发生器、运动控制程序存储器、端口存储器、多个运动控制模块；以及多个运动外围(peripheral)模块，所述运动控制序列发生器执行保存在所述运动控制程序存储器中的指令序列以指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述运动控制模块与所述运动外围模块之中选出的一个，并利用保存在所述端口存储器中的指定的模块输入和模块输出连接以及运行参数来产生运动控制算法。
根据本发明的另一个方面，它提供了一种产生用于控制交流电机的运动控制算法的方法，所述方法包括：提供一个运动控制引擎，其包括：运动控制序列发生器、运动控制程序存储器、端口存储器、多个运动控制模块；以及多个运动外围模块；以及利用所述运动控制序列发生器执行保存在所述运动控制程序存储器中的指令序列以指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述运动控制模块与所述运动外围模块之中选出的一个，并利用保存在所述端口存储器中的指定的模块输入和模块输出连接以及运行参数来产生运动控制算法。本发明不仅可以应用于电机控制，还可应用于诸如数字电源控制和数字功率电子控制的其它应用。
通过以下结合附图对本发明的说明，本发明的其它特征和有益效果将变得更加清楚。
附图的简要说明
以下将参考附图对本发明进行更加详细的描述，在附图中：
图1的框图示出了可利用本发明系统实现的用于控制交流电机的控制结构的一个实施例；
图2示出了本发明系统的基本架构；
图3示出了MCE指令集的一个实施例；
图4示出了实例性的运动控制模块；
图5示出了实例性的运动外围模块；
图6示出了可由本发明实现的另一种控制结构；
图7示出了图6所示转矩控制环的阶梯响应曲线；
图8A示出典型的三相PWM波形，图8B示出了本发明电路的类似的波形；
图9示出了用于控制电机的图6所示电路的简化的版本；
图10示出可用于图9所示电路的PC设计工具的屏幕显示。
具体实施方式
下面参考附图，图2描述了MCE系统的基本架构，作为一个实施例其与一个微控制器系统结合。
在本实施例例中，MCE 10执行交流电机的闭环电流控制(如图1所示)、无传感器控制、速度控制、PWM(脉宽调制)和电流检测的时间临界计算任务。MCE 10通过内部总线与普通微控制器100连接。在本例中，微控制器100可以是例如已知类型的8比特微控制器，执行非时间临界任务，例如与主机接口通信或者监控和排序I/O。
MCE 10包括MCE序列发生器20、MCE程序存储器30、双端口存储器40、运动控制模块50和运动外围模块60。MCE序列发生器20执行存储在MCE程序存储器30中的指令，这些指令指示MCE序列发生器20以特定顺序执行运动控制模块50和运动外围模块60，双端口存储器40中存储了特定的模块输入输出的映射或“连接”以及运行参数。
MCE序列发生器20控制所述运行过程和运动控制模块50和运动外围模块60的I/O映射。序列发生器20优选地起到了精简指令集控制器(RISC)的作用，以执行存储在MCE程序存储器30中的编码的指令。图3示出了示范指令集。该指令集适合于MCE序列发生器20必须执行的高度专用操作。这些指令可被分为三个种类：
a.移动指令，用于加载模块输入和保存模块输出；
b.算术指令，用于在映射或连接模块输入和输出的过程中操作数据；
c.处理器和程序控制指令，用于运行运动控制和运动外围模块以及修改程序流。
包括MCE编译器的开发工具的特定集合允许控制引擎(“用户”)创建图形运动控制设计和将该设计“编译”为唯一实现用户精确涉及需求的MCE程序代码(图3中示出了指令集的例子)。
使用开发工具的显示器上的图形式图像，用户选择运动控制模块和运动外围模块，以预期的顺序连接它们的输入输出，并且规定哪个输入将在运行时间内被提供作为运行参数，哪个输出将被MCE 10外部有效用于监控和诊断。
MCE编译器分析图形设计来确定：
a.模块运行的最优顺序；
b.待确定为模块输入的运行参数；
c.待被外部访问的模块输出；以及
d.模块输入和输出信号的路径选择(routing)。
然后MCE编译器确定在双端口存储器40中数据使用的适当的布局(layout)，并对MCE指令的详细序列(MCE指令集)进行编码，以用于为每个待被执行的模块调用输入和发送输出。
通常，MCE指令序列为每个运行的运动控制模块50和运动外围模块60执行下列操作：
a.针对每个模块的输入，将数据值从双端口存储器40中的区域(location)移动到专用于特定模块输入的模块的存储映像硬件寄存器地址。源地址可为：(1)分配给运行参数的区域；(2)用于保留来自执行序列中较早执行的模块的已保存的输出的临时存储区域；或者(3)分配用于保留提供给外部处理器进行监控和诊断的已保存的模块的输出的区域。
b.当所有模块输出寄存器被加载后，对模块的控制/状态寄存器进行写操作以启动模块运行和检测模块的控制/状态寄存器的值以查询(poll)模块的完整性。注意，MCE序列发生器20的操作在模块运行期间不会被阻断(blocked)，允许多个MCE控制模块50和/或外围模块60同时运行。
c.当模块运行完成时，为每个模块的输出将由该模块保存在其专用存储映像硬件输出寄存器中的数据值移动到双端口存储器40的一个区域。目标地址可为：(1)用于为在执行顺序中在后面执行的模块进行输入的临时存储区域；或者(2)分配用于保留模块输出的可用作监控和诊断的被外部访问的区域。
MCE程序存储器30被用于存储由MCE序列发生器20执行的指令。复位后，MCE序列发生器20从MCE程序存储器30的第一个区域开始执行程序。程序计数器在每次指令执行时递增1，以使得指令能通过程序存储器的升序地址顺序地执行。某些指令(例如“分支(branch)”)修改了程序计数器值因此改变了执行指令的顺序。MCE指令不能修改程序存储器的内容。
双端口存储器40允许外部处理器(例如微控制器100)配置和监控MCE操作。MCE使用双端口存储器40以用于：
a.检索出(retrieval)运行参数，其可配置作为运动控制模块50和/或运动外围模块60的输入；
b.确定模块的输出的存储，其用于外部处理器用于监控和诊断目的的访问；
c.模块输出的临时存储，其用于传送输入给在执行顺序中在后面执行的模块。
根据用户对运行参数、模块序列和信号连接以及为监控和诊断用途的预期的数据点的定义，MCE程序代码定义了在双端口存储器40中数据的特定分配。
运动控制模块50是控制单元的集合，每一个控制单元都被设计为独立的硬件单元的单独功能的硬件组件。图4示出了运动控制模块的例子。尽管一些组件类似于模拟等同功能(即低通滤波器，PI-比例积分(Proportional plus integral)，比较器等)，但是所有单元都优选地在数字硬件中通过z变换实现。每个功能单元定义了输入和输出，可使用在运行时间中指定运行参数。每个模块的输入和输出分配有专门的硬件寄存器。
当控制工程师设计运动控制算法的控制结构(例如图1)，每个功能单元唯一地与其它单元连接以便实现预期的控制功能。连接信息通过将数据从一个功能组件传送至另一个功能组件的双端口存储器40来实现。实际的数据传送受MCE序列发生器20控制，MCE序列发生器20执行指令以指定一个功能单元模块的特定的输出数据，该输出数据将要经过双端口存储器40的特定区域传送给另一功能单元模块的输入。
类似于运动控制模块50，运动外围模块60是独立的硬件组件的集合。图5示出了运动外围模块的例子。每一个运动外围模块60都为外部(外围)设备提供接口。MCE序列发生器20以与上面描述的同样方式控制运动外围模块60与运动控制模块50的连接。运动外围模块的例子可包括多空间矢量脉宽调制(MULTSVPWM)、功率因数校正脉宽调制(PFCPWM)、单电流分流(single current shunt)、模-数转换和数-模转换。
图6示出了本发明可实施的另一示例的控制结构，其被提供用于高性能伺服应用和非传感器控制应用的集成电路(IC)。该电路可在节约成本的100管脚的QFP封装或者80管脚的QFP封装IC上实施。这些集成电路仅仅需要便宜的晶体谐振器来输送时钟。例如，这些集成电路简化了伺服驱动系统的设计任务，能快速地启动高性能伺服驱动，并能达到对永磁交流电机的高性能正弦无传感器控制。一旦硬件通过集成电路实现，例如电机调谐等可在不花费程序时间和精力的情况下容易地进行。所有功能在该硬件中实施。与传统的运动控制DSP不同，该集成电路不仅包含运动外围功能(即脉宽调制、编码计数器电路和电流检测接口等)，还包括硬件形式(即MCE)的完整的场定向控制算法和速度控制算法。
MCE包括执行闭环控制所需的控制单元(即，比例积分、矢量转子(Vector rotator)和克拉克变换(Clark transformation)等)、运动硬件外围设备(即，空间矢量脉宽调制、电机电流反馈接口和编码器反馈)、以及进行并行多回路控制的流控制逻辑。因此，不需要进行多任务分派。闭环速度控制和闭环电流控制的同步执行包括在逻辑硬件中。
图6中的电路是数字集成电路，执行所有在硬布线逻辑中基于伺服控制的编码器的所有必需的功能。因此，该结构进行预配置，如图6所示，但它也运行不同的控制算法结构。矢量控制感应电机是一个例子。内部控制结构具有前馈滑动增益路径20来生成矢量角。关闭在此路径上的相关的开关20可以进行控制配置。因此，启动和关闭感应电动机控制可简单地通过关闭或开启该开关来实现，更准确地说是通过PC向相关的写寄存器写入“1”或“0”来实现。该电路支持其它的结构变化，例如，除图中所示的IR2175电流检测IC(220)以外也可以连接不同类型的电流传感器、启动/关闭电流控制中的前馈增益路径、启动/关闭速度闭环控制以及选择速度命令源。
图6中的电路不需要进行任何编程和/或编码。因此，该电路可被转化为固定功能和硬布线逻辑集成电路，作为独立的伺服控制器，根本不需要任何PC接口。进行处理使之适应新的电机和调谐的配置使用主机寄存器，该寄存器能被PC或配套的微处理器通过RS232C串行接口或SPI串行接口或并行接口230进行读、写操作。向相关的寄存器写入特定的值的操作迅速地配置具有预期性能和功能的伺服驱动。例如，如果选择换向功率电子设备(inverting power electronic)的脉宽调制开关频率为10kHz，用户然后向相关寄存器写入对应的值。用户不必编写代码来执行脉宽调制算法。通过向主机寄存器写入来配置驱动，不需要额外的步骤。(不需要软件编译和最终对象代码的汇编)。
该运动控制引擎一个显著的优点是其完成闭环控制算法的计算时间非常短并且具有确定的定时。快速计算直接影响转矩(torque)的动态性能和伺服系统的速度。闭环电流控制的更新率越快，转矩控制的带宽就越高。这将依次影响系统逆转时间或机器的周期时间。例如，表面安装组件插入机器需要快速的挑选和放置时段以缩短完成组件装配的周期时间。
数字伺服驱动尽管非常复杂，也不会采用模拟伺服驱动的高带宽性能，特别是高带宽转矩控制。这主要是因为DSP和微控制器一个接一个执行大量指令的连续指令的顺序计算机制的吞吐量限制。
图6中装备了运动控制引擎的集成电路消除了这种障碍。该电路能在40kHz脉宽调制更新率下、或者更高的类似于模拟伺服驱动对应物的脉宽调制更新率下运行。图7示出了响应转矩控制回路的步骤。两条轨迹分别是转矩电流基准(“Iq reference”)和转矩电流反馈(“Iq feedback”)。数据在延迟转子(stalled rotor)40kHz的脉宽调制频率和40kHz的电流控制回路更新配置下获得。基准振幅是额定电机电流的50％。如图所示，转矩电流仅需大约350微秒就能达到该基准。
图6中所示的电路大幅度降低了非传感器闭环电流控制的运算时间。它对这样一些应用是有利的，它们需要正弦无传感器控制，如家用空调机系统的压缩机驱动。例如32比特的高性能RISC微处理器用于最新的家用空调机系统。因为使用了该微处理器，使得计算能力达到了50MIPS。但是，这仍需要60微秒来执行无传感器控制算法。空调机应用不仅需要被无传感器算法控制的单电机，还需要额外的无传感器电机进行冷却风扇和PFC(功率因数控制)功能的控制，微处理器的总体计算时间仍需要进行缩短以满足所有这些大功耗需要。因此，因指令集是基于32比特的，所以使得存储器的利用率也增加。按照所引用的这种应用，它需要128kB的指令存储器。
图6中的电路将计算时间降为11微秒，而不是现有技术需要的60微秒。这就为在更高脉宽调制载波频率下更快的更新率赢得了更多的时间。仅需简单地将脉宽调制载波频率调整为在40kHz或更高频率下运行，使用永磁电机的超高速度的应用可以从本发明中获利。高速主轴(spindle)和牙钻(dentaldrill)是使用图6中的高载波脉宽调制的例子。
图6中的电路采用低损耗和低EMI(电磁干扰)空间矢量脉宽调制方法来切换对IGBT功率器件的输出。与传统的三相脉宽调制相比，该方法减少了大约20％或更多的能量损耗和EMI噪声。典型的电压开关波形和电机电流波形如图8A所示。图8A示出了传统的三相脉宽调制，图8B示出了本发明的电路的低损耗低EMI脉宽调制波形。
在电机驱动电路中大量电路需要使用图6所示的集成电路。为了实现从原型到完整伺服驱动系统的产品发布，功率电子电路、模拟信号调节电路、开关模式电源电路和传感器接口电路的设计是电路设计的例子以及完整的伺服放大器系统的关键因素。具体而言，结合了温度管理的功率电子电路的设计需要特殊的技术才干和经验，因此非常频繁地妨碍了用户完成硬件设计。
为了协助用户以更易于理解的方式进行设计，可使用图9表示的设计平台。该设计平台包括带有散热器和连接器的必需的硬件。该硬件平台的设计结合了许多工业标准，非常接近于实际的产品。例如，PCB(印刷电路板)布线遵循UL508C，它允许高电压势能轨迹之间的高电压爬电距离需求。用户能不进行电路的增加和修改而立即评估的电路的系统性能。该设计平台可以在国际整流器公司(International RectifierCorporation)提供的IGBT智能模块300中使用，例如IRAMY20U60A或IRAMY16U60A.
这些模块300建立在先进的IMS工艺上，其中结合了IR2136三相高电压门驱动集成电路310。电机电流检测通过IR2175单片高电压集成电路220实现。该集成电路可以直接连接MCE IC150，并可设置在小SO-8封装中以使复杂的闭环电机控制应用能够实现紧凑和简单的电机电流检测功能。可以使用基于电流检测的3脚低端分流电阻。
运动控制集成电路150与智能IGBT 300模块和IR2175电流检测集成电路220的结合，能显著地简化用户的功率电子设备设计和减少组件数目与底板空间。
电路150优选地包括过流/短路保护电路(图中未示出)以用来保护过流驱动故障。同时提供多输出开关模式电源和所有必需的接口电路。
虽然配置主机寄存器是简单的过程，不需要编程或编码工作，但是仍需要相每个相关的寄存器写入特定的值。ServoDesignerTM是基于窗口的PC工具，它能用于不需要其它工具和准备工作的对主机寄存器的读写操作。图10示出了该工具的显示的例子。该工具也可用于执行用户的因子参数设置。
该工具非常灵活，用户能够定义哪个寄存器被访问、为寄存器改名以及将读写寄存器组细分为子组。
定义和增加新的功能能够实现有力的扩展和特定的性能验证。例如，用户能创建移动动作的序列使之包括多个带有不同加速/减速的开始和停止(start-and-stop)速度轮廓。交互式运动轮廓的产生为预期的性能和简化提供了快速验证工具，缩短了应用开发过程的时间。
ServoDesignerTM简化了诊断特征。指示运行的驱动或处于停止或故障状态的驱动故障和状态不需进行任何配置而能显示在显示屏上。
ServoDesignerTM也包括交互的帮助菜单以及每个主机寄存器的描述，用以为用户提供有效的配置指南工具。
配置的寄存器可以进一步通过使用ExcelTM电子表格进行简化。ServoDesignerTM提供补充的ExcelTM电子表格作为调节和配置新电机的模板。用户必须完成的就是将电机铭牌上的数据(例如电机电流、速度)和编码器行数目写入工作表格。然后工作表格计算和产生将被写入每个特定主机寄存器的值，用户就能将该电子表格“输入”ServoDesignerTM寄存器。
该工具包括EEPROM读/写整体(unity)以便用户能存储已调谐的参数以及删除重复的配置。
虽然对本发明的描述是参考其具体实施方案进行的，但对本领域的普通技术人员而言，但是许多其它的变化和修改都是显而易见的。本发明不应该局限于本文的特定公开，而应仅由所附权利要求书来限定。
Claims (62)
1.一种产生用于控制交流电机的运动控制算法的装置，所述装置包括：
运动控制引擎，其包括：
运动控制序列发生器；
运动控制程序存储器；
端口存储器；
多个运动控制模块；以及
多个运动外围模块，
所述运动控制序列发生器执行保存在所述运动控制程序存储器中的指令序列，指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述运动控制模块和所述运动外围模块之中选出的一个，并利用指定的模块输入和模块输出连接以及保存在所述端口存储器中的运行参数来产生运动控制算法。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括微控制器，其与所述电机控制程序和所述端口存储器连接，用于监控所述运动控制引擎的输出。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动控制序列发生器包括精简指令集控制器，用于执行保存于所述运动控制程序存储器之中的代码指令。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述代码指令包括指令集，所述指令集包括：
移动指令，用于调用电机控制和电机外围模块输入，并存储模块输出；
算术指令，用于在连接模块输入和输出的过程中操作数据；以及；
处理器和程序控制指令，用于执行运动控制和运动外围模块，并修改程序流。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于还包括一套开发工具，所述开发工具包括编译器，用于产生图形运动控制设计，并且用于将所述设计编译成所述指令集。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图形运动控制设计包括显示在所述开发工具的显示设备上的多个图形式图像，所述开发工具用于选择运动控制模块和运动外围模块，按照需要的顺序连接所述运动控制模块和运动外围模块的输入和输出，并指定要在所述运动控制算法的运行时间内提供作为运行参数的输入，以及要提供给所述运动控制引擎以用于监控和诊断目的的有效外部输出。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动控制引擎对所述图形运动控制设计进行分析以确定：
模块执行的最优顺序；
将被定义为模块输入的运行参数；
可从外部访问的模块输出；以及
模块输入和输出信号的路径选择。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述编译器在所述端口存储器中确定适当的数据使用布局，并对一系列的运动控制引擎指令进行编码，以便为将被执行的各个模块调用输入并发送输出。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述运动控制引擎为将被执行的各个模块执行一系列的运动控制引擎，包括：
针对各个模块的输入，将数据值从所述端口存储器中的区域移动至专用于特定模块输入的存储映像硬件寄存器地址；
当所有模块输入寄存器都被装载时，对所述模块的控制/状态寄存器进行写操作以启动模块的执行；以及
当模块执行完成时，针对各个模块的输出，将由所述模块保存在专用存储映像硬件输出寄存器中的数据值移动至所述端口存储器中的区域。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于所述端口存储器中的数据值的源地址包括：
分配给运行参数的区域；以及
临时存储区域，其保持来自执行序列中在先执行模块的已经保存的输出；或者是被分配用于保持已保存的模块输出的区域，所述已保存的模块输出可由外部处理器用来实现监控和诊断的目的。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运动控制引擎检查所述模块的控制/状态寄存器，以查询模块执行的结束。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述运动控制序列发生器在模块执行期间不被阻断，从而允许多个运动控制和/或外围模块被同时执行。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述目的地址包括临时存储区域，其用于输入在执行顺序中在后面执行的模块；或者包括被分配用于保持模块输出的区域，在该区域中，所述模块输出能够从外部被访问以用于监控和诊断目的。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运动控制程序存储器用于保存由所述运动控制序列发生器执行的指令。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当复位时，所述运动控制序列发生器从运动控制程序存储器中的第一区域开始执行程序，并且程序计数器在每个指令执行后递增，从而使指令按照程序存储器中的地址上升顺序来顺序执行。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，特定指令修改所述程序计数器的值，由此改变指令执行的顺序。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，运动控制指令不能修改所述程序存储器的内容。
18.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述端口存储器允许微控制器配置和监控运动控制引擎的操作。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述运动控制引擎使用所述端口存储器以用于：
检索出运行参数，其可被配置作为对运动控制和/或运动外围模块的输入；
特定模块输出的存储，用于由微控制器访问以用于监控和诊断的目的；
临时存储模块输出，用于传送将在执行顺序中在后面执行的模块的输入。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，根据用户对运行参数、模块顺序和信号连接、以及用于监控和诊断目的所需的数据点，所述运动控制引擎程序代码定义数据在所述端口存储器内的特定分配。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动控制模块包括多个控制单元，各个所述控制单元都是设计成独立硬件单元的独立的功能硬件组件。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述运动控制模块通过z变换以数字式硬件实现，并且包括多个功能单元，并且可使用在运行时间规定的运行参数，所述功能单元的每一个都具有规定的输入和输出信号。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，各个运动控制模块都具有分配有专用硬件寄存器的输入和输出。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，各个所述功能单元利用用户指定的连接信息而与其它功能单元唯一地连接，从而实现所需的控制功能。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述连接信息通过所述端口存储器实现，所述端口存储器保存有从一个功能模块传递到另一个功能模块的数据。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述数据的传递由所述运动控制序列发生器控制，所述序列发生器执行指令命令，所述指令命令指定了一个功能单元模块的特定输出数据，所述特定输出数据将通过所述端口存储器的特定区域传送到另一个功能单元模块的特定输入。
27.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述运动控制模块包括以下功能中的一个或多个：
比例积分、低通滤波器、高通滤波器、斜波、限幅、角度预估器、克拉克变换、逆克拉克变换、矢量旋转、减、加、带符号的乘/除、不带符号的乘/除、反正切、比较、切换以及由二维、三维、或n维查找表实现的用于完成任何非线性功能的功能模块。
28.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动外围模块包括用于向外部设备提供接口的多个独立的硬件组件，所述运动控制序列发生器控制所述运动外围模块与运动控制模块之间的连接。
29.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动外围模块包括以下功能中的一个或多个：
多空间矢量脉宽调制、功率因数校正脉宽调制、单电流分流、模拟-数字转换以及数字-模拟转换。
30.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述端口存储器包括双端口存储器。
31.一种产生用于控制交流电机的运动控制算法的方法，所述方法包括：
提供运动控制引擎，其包括：
运动控制序列发生器；
运动控制程序存储器；
端口存储器；
多个运动控制模块；和
多个运动外围模块；以及
利用所述运动控制序列发生器执行保存在所述运动控制程序存储器中的指令序列，指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述运动控制模块与所述运动外围模块之中选出的一个，并利用指定的模块输入和模块输出连接以及保存在所述端口存储器中的运行参数来产生运动控制算法。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括利用与所述电机控制程序存储器和所述端口存储器连接的微控制器来监控所述运动控制引擎的输出。
33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述执行运动控制序列的步骤包括利用精简指令集控制器执行保存于所述运动控制程序存储器之中的代码指令。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述执行代码指令的步骤包括使用指令集，所述指令集包括：
移动指令，用于调用电机控制和电机外围模块输入，并存储模块输出；
算术指令，用于在连接模块输入和输出的过程中操作数据；以及；
处理器和程序控制指令，用于执行运动控制和运动外围模块，并修改程序流。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于还包括使用一套开发工具，所述开发工具包括编译器，用于产生图形运动控制设计，并且用于将所述设计编译成所述指令集。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述建立图形运动控制设计的步骤包括利用显示在所述开发工具的显示设备上的多个图形式图像，选择运动控制模块和运动外围模块，按照需要的顺序连接所述运动控制模块和运动外围模块的输入和输出，并指定要在所述运动控制算法的运行时间内提供作为运行参数的输入，以及要提供给所述运动控制引擎以用于监控和诊断目的的有效外部输出。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：对所述图形运动控制设计进行分析以确定：
模块执行的最优顺序；
将被确定为模块输入的运行参数；
可被外部访问的模块输出；以及
模块输入和输出信号的路径选择。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于还包括在所述端口存储器中编译适当的数据使用布局，并对一系列的运动控制引擎指令进行编码，为将被执行的各个模块调用输入并发送输出。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于还包括为将被执行的各个模块执行一系列的运动控制引擎指令，包括：
针对各个模块的输入，将数据值从所述端口存储器中的区域移动至专用于特定模块输入的存储映像硬件寄存器地址；
当所有模块输入寄存器都被装载时，对所述模块的控制/状态寄存器进行写操作以启动模块的执行；以及
当模块执行完成时，针对各个模块的输出，将由所述模块保存在专用存储映像硬件输出寄存器中的数据值移动至所述端口存储器中的区域。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于还包括确定数据值在所述端口存储器中的源地址，包括：
分配给运行参数的区域；以及
临时存储区域，其保持了来自早先执行的模块的已经保存的输出；或者是被分配的用于保持已保存的模块输出的区域，所述已保存的模块输出可被外部处理器访问，以实现监控和诊断的目的。
41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于包括检查所述模块的控制/状态寄存器的值以查询模块执行的结束。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述运动控制序列发生器在模块执行期间不被阻断，从而允许多个运动控制和/或外围模块被同时执行。
43.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，目的地址包括临时存储区域，其用于在执行顺序中以后要执行的模块的输入；或者是被分配用于保持模块输出的区域，在该区域中，所述模块输出能够从外部被访问以用于监控和诊断。
44.根据权利要求39所述的方法，其特征在于还包括在所述运动控制程序存储器中保存由所述运动控制序列发生器执行的指令。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于包括：当复位时，从运动控制程序存储器中的第一区域开始执行程序，并且程序计数器在每个指令执行后递增，从而通过使程序存储器中的地址增加来顺序执行指令。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于还包括执行特定指令以修改所述程序计数器的值，由此改变指令执行的顺序。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，运动控制指令不能修改所述程序存储器的内容。
48.根据权利要求32所述的方法，其特征在于还包括利用所述端口存储器以允许所述微控制器配置和监控运动控制引擎的操作。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于还包括使用所述端口存储器用于：
检索出运行参数，其可配置作为运动控制和/或运动外围模块的输入；
特定模块输出的存储，其可由微控制器访问以用于监控和诊断；
临时地存储模块的输出，用于传送至在执行顺序中以后将被执行的模块的输入。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于还包括根据用户对运行参数、模块顺序和信号连接、以及用于监控和诊断目的所需的数据点的定义，在程序代码中确定数据在所述端口存储器内的特定分配。
51.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括提供多个运动控制模块以作为多个控制单元，各个所述控制单元都是一个设计成独立硬件单元的单独的功能硬件组件。
52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于还包括通过z变换以数字式硬件将所述运动控制模块实现为功能单元，所述功能单元的每一个都具有规定的输入和输出信号，并且可选地使用在运行时间中指定的运行参数。
53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于还包括为各个运动控制模块提供分配有专用硬件寄存器的输入和输出。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于还包括利用由用户指定的连接信息为其它的功能单元唯一地提供各个功能单元，从而实现所需的控制功能。
55.根据权利要求54所述的方法，其特征在于还包括通过所述端口存储器应用所述连接信息，所述端口存储器保存有从一个功能模块传递到另一个功能模块的数据。
56.根据权利要求55所述的方法，其特征在于还包括利用所述运动控制序列发生器控制所述数据的传递，所述序列发生器执行指令命令，所述指令命令指定了一个功能单元模块的特定输出数据，所述特定输出数据将通过所述端口存储器的特定区域传送到另一个功能单元模块的特定输入。
57.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述提供运动控制模块的步骤包括提供以下功能中的一个或多个：
比例积分、低通滤波器、高通滤波器、斜波、限幅、角度预估器、克拉克变换、逆克拉克变换、矢量旋转、减、加、带符号的乘/除、不带符号的乘/除、反正切、比较、切换以及由二维、三维、或n维查找表实现的用于完成任何非线性功能的功能模块。
58.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述提供运动外围模块的步骤包括提供用于向外部设备提供接口的多个独立的硬件组件，并且还包括利用所述运动控制序列发生器控制所述运动外围模块与运动控制模块之间的连接。
59.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述提供运动外围模块的步骤包括提供以下功能中的一个或多个：
多空间矢量脉宽调制、功率因数校正脉宽调制、具有相位电流重构的单电流分流、模拟-数字转换以及数字-模拟转换。
60.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括将提供双端口存储器作为所述端口存储器。
61.一种用于提供功率电子设备控制算法的装置，包括：
功率电子设备控制引擎，其包括：
功率电子设备控制序列发生器；
功率电子设备控制程序存储器；
端口存储器；
多个功能控制模块；以及
多个功能外围模块；
所述功能控制序列发生器执行保存在所述功能控制程序存储器中的指令序列，指示所述序列发生器按照指定的顺序执行从所述功能控制模块和所述功能外围模块之中选出的一个，并利用指定的模块输入和模块输出连接以及保存在所述端口存储器中的运行参数来产生功能控制算法。
62.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率电子设备控制算法包括用于控制交流电机的运动控制算法，并且所述功能控制引擎包括运动控制引擎；所述功能控制序列发生器包括运动控制序列发生器；所述功能控制程序存储器包括运动控制程序存储器；所述功能控制模块包括运动控制模块，并且所述功能外围模块包括运动外围模块。
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