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Soluzioni Freescale per il controllo dei motori

Soluzioni Freescale per il controllo dei motori

Da più di cento anni possiamo usufruire dei motori elettrici, e una volta perfezionati quest'ultimi sono entrati a far parte della nostra vita di tutti i giorni, spaziando da modelli adatti ai computer più moderni fino a modelli per applicazioni classiche. I motori elettrici sono puliti e abbastanza efficienti per le mansioni che possono svolgere, rispetto alle versioni pneumatiche ed idrauliche degli stessi.

Freescale offre soluzioni di controllo globale dei motori, e le offre virtualmente per tutte le tipologie di motori elettrici. Le applicazioni di controllo dei motori denominate Digital Signal Controller (DSC) permettono una programmazione precisa di forme d'onda pilota e garantiscono un controllo sul consumo energetico, riducendo allo stesso tempo il rumore prodotto. Esse forniscono anche controllo con o senza vettori in base all'applicazione richiesta e al tipo di motore; la tipologia DSC può essere selezionata per corrispondere esattamente ai requisiti di progetto.

Assieme ad altri concorrenti sul mercato, Freescale è uno degli attori principali nel campo delle soluzioni di controllo dei motori. La parola "soluzione" in questo caso indica un ampio numero di aspetti affrontati dal portfolio dell'azienda inclusi: MCU, MPU, DSC, sensori, strumenti di sviluppo, software e drivers, note di utilizzo, demo, schemi di riferimento, esperienza e supporto tecnico.

Non c'è da stupirsi quindi se Freescale viene selezionata da molte compagnie in questa industria, finendo così a coprire la maggior parte del mercato dei motori ed un'enorme numero di tipologie di applicazioni.

Un'occhiata veloce ai tipi di motori supportati dimostra come siano disponibili da Freescale soluzioni in grado di pilotare tecnicamente qualsiasi tipo di motore elettrico convenzionale.

Motori Brushed DC

Semplificando il concetto il motore brushed DC non è nient'altro che una bobina che ruota tra due (o più) magneti permanenti. Poichè questa soluzione è presente in commercio da molto tempo, sono presenti vari modelli, ciascuno dei quali possiede vantaggi e svantaggi. Comunque ciò che risulta essere in comune ad ognuno di essi, è la tecnica di pilotaggio che consiste in parole povere nell'uso di un H-Bridge costituito da quattro selettori di potenza (in pratica transistors). Il modo in cui vengono pilotati permette l'uso del metodo PWM, ed offre il controllo sulla velocità e sulla direzione in cui il motore ruota.

La precedente architettura utilizza un controller Freescale per misurare la corrente attraverso gli avvolgimenti, in modo da poterne determinare la posizione utilizzando un encoder e quindi generare le PWM che controllano l'Analog Power ASIC il quale a sua volta genera la corrente necessaria al funzionamento del motore. Questa configurazione permette l'aggiunta di svariati cicli di controllo, come il controllo della velocità ad alta precisione e il controllo della rotazione. Questa struttura viene utilizzata nella robotica, nel controllo della trazione, servo-sistemi, meccanica automobilistica e anche nella produzione di componenti per l'ufficio. Freescale offre entrambi i controller appropriati ai vari scopi:

    8-bit MCU: per le famiglie 908MR, 9S08GB e 9S08AC;
    16-bit DSC: MC56F80x, MC56F80xx
    16-bit MCU: S12X (questa famiglia di componenti è altamente utilizzata nel mercato automobilistico)
    32-bit MCU: MCF51AC, MCF521x, MCF523x, MCP56x ed i necessari driver dei motori: MPC17510, MPC17529, MPC17533, MC34920, MC34921, MC33926, MC33887, MC33899, MC33931, MC33932.

Ovviamente per ogni diversa applicazione sarà necessario selezionare la famiglia appropriata, ma anche qui alcune note di utilizzo possono rendere la vita molto più semplice al progettista (vedi: Brushed DC Motor)).

Motori DC Brushless (BLDC)

Se li confrontiamo coi motori DC brushed, i BLDC si basano sul principio che non è l'elettromagnete a dover ruotare, ma sono i magneti permanenti a farlo. Poichè questo sia possibile, lo statore delle spirali deve essere guidato da una tensione DC sincronizzata con la posizione angolare del rotore, e, cambiando la polarizzazione degli elettromagneti nello statore, si forza il rotore a girare nella direzione richiesta, alla velocità desiderata. Il BLDC possiede alcuni vantaggi rispetto ai motori DC convenzionali con spazzole, come ad esempio una maggiore affidabilità ed efficienza, minor rumore, durata maggiore, assenza di scintille causate dalle spazzole, e diminuzione globale di EMI.

La maggior parte dei controller (sia gli MCU che i DSC) consigliati da Freescale per il controllo di motori DC brushed risultano essere appropriati anche con i BLDC. I driver dei motori sono però differenti: MC33927, MC33937, MC34923 e le note di utilizzo disponibili sono completate da schemi di riferimento completi così da eliminare ogni dubbio riguardo l'utilizzo (vedi: DC Motors - Brushless DC Motor (BLDC)).

Motori Passo-Passo
Quando un'applicazione specifica richiede un controllo preciso della posizione, non ci sono dubbi sul fatto di dover utilizzare un motore passo-passo. Sono stati compiuti notevoli sforzi per poter ottenere una minore inerzia coi motori DC (e i risultati sono catalogati come servo-motori), ma finora il tipo di motore utilizzato per il posizionamento preciso di pezzi meccanici è stato il motore passo-passo e la ragione principale è che raggiunge l'esatta posizione deisderata senza la presenza di nessun feedback posizionale, riducendo quindi il costo complessivo del sistema (i sensori che controllando la posizione sono abbastanza costosi). I motori passo-passo vengono prodotti in diverse forme e dimensioni e ci sono un'enormità di modi di controllarli.

Freescale supporta lo sviluppo del controllo dei motori passo-passo sotto ogni aspetto, fornendo le unità di controllo che generano i segnali PWM necessari:

    8-bit MCU: 908JK/JL, 908MR, 908QT/QY, 908QB, 908QC, 908GP, 908GR, 9S08AW, 9S08GB, 9S08GT, 9S08QG, 9S08QD, 9S08E6xx
    16-bit DSC: MC56F80x, MC56F80xx, MC56F83xx
    32-bit MCU: MCF51AC, MCF521x, MCF523x, MPC56x, MPC55xx

ed in aggiunta un set abbastanza differente di driver ad alta potenza tra cui scegliere: MC33932, MC34920, MC34921, MC34923, MPC17533, MC33887, MC33899, MC33926, MC33931, MPC17529, MPC17531, MM908E626, MM908E621, MM908E625, MC33970, MC33976, MC33977, MC33991.

Le architetture proposte permettono sia il pilotaggio convenzionale del motore passo-passo sia l'utile metodo di controllo microstepping (vedi: Stepper Motor).

Motori ad Induzione AC (ACIM)
Come indicato dal nome, i motori ACIM non sono motori DC. Essi sono destinati ad applicazioni totalmente differenti essendo altamente efficienti (il che li rende adatti a requisiti di alta dinamicità) e permettono un controllo velocità/rotazione molto preciso.

Molteplici metodi convenzionali di pilotare ACIM sono stati sviluppati durante gli anni; essi includono: controllo open loop con power factor correction (PFC), controllo a sensore (precedentemente illustrato e costoso), controllo orientato al campo sensorless. Questi metodi risultano essere una vera e propria sfida per i progettisti se li compariamo alle tipologie di motori DC, ma anche in questo caso è possibile scegliere all'interno di una vasta gamma di soluzioni Freescale per quanto riguarda microcontrollori e DSC:

    8-bit MCU: 908MR, 9S08AW, 9S08GB, 9S08QD
    16-bit DSC: MC56F80x, MC56F80xx, MC56F83xx
    32-bit MCU: MCF51AC, MCF521x, MCF523x, MPC56x, MPC55xx

Sono disponibili le note di utilizzo e gli schemi di riferimento in modo da aiutare il progettista a risparmiare tempo per l'arrivo sul mercato: AC Motors - 3-phase AC Induction Motor.

Motore Sincrono a Magneti Permanenti
IL PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) è il tipo di motore meno conosciuto. È abbastanza simile al motore ad induzione con in aggiunta un magnete permanente che genera il campo magnetico montato nel rotore. Lo statore possiede solitamente una connessione trifase e deve essere pilotato usando una tensione sinusoidale in collaborazione con una posizione conosciuta del motore. Le differenze a livello costruttivo permettono di ottenere con questo motore una maggiore efficienza. Ancora una volta, ci sono svariati modi di controllare i motori PMSM, utilizzando sensori o in modalità sensorless ma con field control (come mostrato nel seguente diagramma).

Raccomandiamo le stesse unità di controllo dei motori ACIM, disponibili da Freescale, ma è anche possibile utilizzare driver di motori specifici come MC33927, MC33937. Schemi di riferimento sono disponibili qui: PMS Motor

Motori Switched Reluctance

I motori SR appartengono ad una categoria di motori a sé stante, ma risultano essere tra i tipi di motori più vecchi disponibili sul mercato. Nel rotore non sono presenti bobine, ma semplicemente piatti metallici. Lo statore possiede un set di bobine ognuna delle quali è avvolta ad un diverso polo. Anche il rotore ha dei poli, che compensano la mancanza di rotazione reattiva (magnete a magnete), necessaria poichè il motore SR non possiede magneti permanenti. Il metodo di pilotaggio del motore è sensorless e l'affidabile elettronica di questo tipo di motore ne permette l'utilizzo in poche applicazioni come ad esempio nelle macchine industriali, aspirapolveri, forniture d'ufficio ed elettrodomestici di uso quotidiano. Il fattore che limita l'uso di questo motore è l'elevata oscillazione durante la rotazione che provoca anche rumore.

Gli stessi DSC a 16 bit raccomandati per i motori PMSM sono adatti anche per i motori SR accompagnati dagli stessi driver. Un'altra famiglia di MCU che risulta essere adatta al controllo degli SR è la S12X, e l'intero concetto dei drive per motori SR è ampiamente supportato da Freescale attraverso schemi di riferimento e note di utilizzo: SR Motor

Tool di Sviluppo

Dal punto di vista dei tool di sviluppo per motori, Freescale offre ai suoi utenti due tool in particolare che velocizzano lo sviluppo delle applicazioni. Uno di questi è il DSP56800E Quick Start Initialization and Development Tool disponibile gratuitamente per il download. Esso permette un metodo di configurazione iniziale a livello grafico di: pin di IO, funzioni delle periferiche, core del processore e tabella dei vettori di interrupt; inoltre questo tool viene utilizzato spesso non solo per lo sviluppo del controllo di motori: DSP56800E Quick Start Initialization and Development Tool

Anche il tool FreeMASTER (FreeMASTER Run-Time Debugging Tool) è disponibile per il download gratuito ed offre un metodo di creazione di interfacce grafiche a livello utente utili nel controllo del motore. È possibile creare un collegamento diretto tra questo tipo di interfacce grafiche ed un sistema di controllo motore di tipo embedded sul vostro banco di test, così da realizzare un comodo metodo per alterare i parametri di sistema o per monitorare svariati parametri di processo (come velocità, rotazione, posizione, corrente attraversante gli avvolgimenti ecc.). Questo che segue è un esempio di una GUI creata usando FreeMASTER:

RICHIESTA DI CONTATTO
Se desideri maggiori informazioni su questo prodotto Freescale, invia una richiesta ad Arrow utilizzando il seguente modulo.

 

 

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