Che cos'è il controllo motori BLDC?

I motori “brushless” o a commutazione elettronica continuano a riscuotere grande successo perché offrono una maggiore efficienza elettrica e un miglior rapporto coppia/peso rispetto alle controparti “a spazzole” o a commutazione meccanica. I motori brushless CC (BLDC) sono comunemente definiti come macchine sincrone a magneti permanenti (PMSM) caratterizzati da una forza controelettromotrice trapezoidale dovuta alla concentrazione degli avvolgimenti dello statore. Questo aspetto distingue i motori BLDC dai motori PMSM, caratterizzati da una forza controelettromotrice sinusoidale dovuta agli avvolgimenti dello statore distribuiti.

I motori brushless CC in genere utilizzano il controllo trapezoidale, ma può essere usato anche il controllo Field-Oriented. I motori PMSM in genere usano solo il controllo Field-Oriented. Il controllo trapezoidale dei motori BLDC è una tecnica più semplice rispetto al controllo Field-Oriented; prevede che vengano energizzate solo due fasi alla volta. Per il controllo della coppia occorre un solo controller PID e, al contrario del controllo Field-Oriented, non servono le trasformazioni di coordinate che usano le trasformate di Park e di Clarke.

Gli ingegneri che si occupano di controllo motori e che progettano un controller per motori BLDC con metodo trapezoidale svolgono le seguenti attività:

• Sviluppo dell’architettura del controller con un controller PI per il loop interno di corrente/tensione
• Sviluppo di controller PI per i loop esterni opzionali di velocità e posizione
• Regolazione dei guadagni di tutti i controller PI per soddisfare i requisiti prestazionali
• Progettazione del controllo SVM
• Progettazione del rilevamento dei guasti e della logica di protezione
• Verifica e convalida delle prestazioni del controller in diverse condizioni di esercizio
• Implementazione di un controller a virgola fissa o mobile su un microcontroller

Progettare il controllo motori BLDC con Simulink consente di sfruttare la simulazione multi-rate per progettare, regolare e verificare gli algoritmi di controllo e per rilevare e correggere gli errori sull’intero campo di funzionamento del motore prima dei test sull’hardware. Usando la simulazione con Simulink, è possibile ridurre i test di prototipi e verificare la robustezza degli algoritmi di controllo in condizioni di guasto che non sono pratiche da testare sull’hardware. Sarà possibile:

• Modellare il motore BLDC con una forza controelettromotrice trapezoidale o arbitraria
• Modellare controller di corrente, di velocità e modulatori
• Modellare l’elettronica di potenza dell’inverter
• Regolare i guadagni del sistema di controllo motori BLDC usando tecniche di progettazione del controllo lineare, come i diagrammi di Bode e il luogo delle radici, e tecniche quali la regolazione PID automatizzata
• Modellare modalità di avvio, arresto e guasto e progettare logica di derating e protezione per garantire un funzionamento sicuro
• Progettare algoritmi di elaborazione e condizionamento dei segnali per i canali I/O
• Eseguire simulazioni a circuito chiuso del motore e del controller per testare le prestazioni di sistema in scenari di funzionamento normale e anomalo
• Generare automaticamente codice ANSI, ISO o C ottimizzato per processori e HDL per la prototipazione rapida, i test Hardware-In-the-Loop e l’implementazione di produzione