Controllo motori BLDC

I motori a commutazione elettronica, o “brushless”, stanno diventando sempre più popolari poiché offrono un’efficienza elettrica maggiore e un miglior rapporto coppia/peso rispetto alla controparte a commutazione meccanica, o “brushed”. I motori brushless DC (BLDC) vengono generalmente definiti macchine sincrone a magneti permanenti (PMSM) con forza controelettromotrice trapezoidale dovuta alla concentrazione degli avvolgimenti dello statore. Ciò differenzia i motori BLDC dai motori PMSM, che hanno una forza controelettromotrice sinusoidale dovuta agli avvolgimenti dello statore distribuiti.

In genere, i motori brushless DC usano il controllo trapezoidale, ma viene utilizzato anche il controllo ad orientamento di campo. I motori PMSM, in genere, usano solo il controllo ad orientamento di campo. Il controllo trapezoidale dei motori BLDC è più semplice del controllo ad orientamento di campo, in quanto eccita solo due fasi contemporaneamente. Per il controllo della coppia è richiesto solo un controller PID e, a differenza del controllo ad orientamento di campo, non servono trasformazioni di coordinate con le trasformate di Park e Clarke.

Gli ingegneri dei controlli di motori che progettano un controller per motore BLDC con metodo trapezoidale devono occuparsi di quanto segue:

• Sviluppare l’architettura del controller con un controller PI per il loop corrente/tensione interno
• Sviluppare i controller PI per i loop di posizione e velocità esterni opzionali
• Ottimizzare i guadagni di tutti i controller PI per soddisfare i requisiti prestazionali
• Progettare il controllo SVM
• Progettare la logica di protezione e rilevamento dei guasti
• Verificare e convalidare le prestazioni del controller in diverse condizioni operative
• Implementare un controller a virgola fissa o mobile su un microcontroller

Progettare controlli per motori BLDC con Simulink^® consente di utilizzare la simulazione multirate per progettare, ottimizzare e verificare gli algoritmi di controllo e rilevare e correggere eventuali errori nell’intero intervallo operativo del motore prima di eseguire il test dell’hardware. La simulazione in Simulink consente di ridurre la quantità di test del prototipo e di verificare la robustezza degli algoritmi di controllo in condizioni di errore non testabili sull’hardware. È possibile:

• Modellare un motore BLDC con forza controelettromotrice trapezoidale o arbitraria
• Modellare controller di corrente, di velocità e modulatori
• Modellare l’elettronica di potenza di un inverter
• Ottimizzare i guadagni del sistema di controllo dei motori BLDC utilizzando tecniche di progettazione di controlli lineari come il diagramma di Bode e il luogo delle radici e tecniche come la regolazione PID automatica
• Modellare le modalità di avvio, arresto ed errore e progettare la logica di derating e protezione per garantire un funzionamento sicuro
• Progettare algoritmi di condizionamento ed elaborazione di segnali per i canali I/O
• Eseguire simulazioni a circuito chiuso del motore e del controller per verificare le prestazioni del sistema in condizioni operative normali e anomale
• Generare automaticamente codice C ANSI, ISO oppure ottimizzato per processori specifici e HDL per la prototipazione rapida, i test hardware-in-the-loop e l’implementazione di produzione