Controllo motori BLDC

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.

Animazione MATLAB che mette a confronto il funzionamento dei motori BLDC e PMSM. L’animazione si basa sui risultati della simulazione ottenuti con un modello di Simscape Electrical.

Animazione MATLAB che mette a confronto il funzionamento di un motore BLDC e di un PMSM. L’animazione si basa sui risultati della simulazione ottenuti con un modello di Simscape Electrical.

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.

Animazione MATLAB che mette a confronto il funzionamento di motori BLDC con una o due coppie polari. L’animazione si basa sui risultati della simulazione ottenuti con un modello di Simscape Electrical.

Animazione MATLAB che mette a confronto il funzionamento di motori BLDC con una o due coppie polari. L’animazione si basa sui risultati della simulazione ottenuti con un modello di Simscape Electrical.

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

Vedere anche: Simscape Electrical, controllo Field-Oriented, controllo PID, modulazione vettoriale, progettazione del controllo motori con Simulink, progettazione del controllo dell’elettronica di potenza con Simulink, sviluppo del controllo motori, simulazione del convertitore boost, simulazione del convertitore buck, algoritmo MPPT, simulazione dell’elettronica di potenza

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