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45秒でブラシレスモータを回してみよう

 

三相ブラシレスモータを回すのは手間がかかり難しいと思っていませんか?Renesas YROTATE-IT-RX23Tキットなら比較的簡単に実現することができます。この記事では回すまでの手順を写真やスクリーンショットも混ぜながら紹介したいと思います。使用されるフィールド指向制御アルゴリズムは、オンボードシャント電流を使用し、外部センサまたはセンサレスで動作します。キットにモータが付属しており、わずか3相の配線と簡単にボードに接続できます。3相インバータは、現在の読み取り用のシャントを組み込んだ3相ブリッジを使用しており、RX23T 32bitマイコンで強力なセンサレスアルゴリズム動作が可能です。

このようなモータはブラシをメンテナンスする必要がなく、規格に近く安定して動作するため人気になってきています。また永久磁石が回転磁場に整列したままなので、安定した速度で動作します。ブラシレスモータはロータの位置が重要です。これは外部ホールセンサーを使用することで実現できますが、このキットでは、内蔵シャント電流(1相または3相構成で動作可能)を使用します。

ボードの概要

コントロール部分

RX23T 32bitマイコンは複雑なインバータ制御アルゴリズムを容易に実行できる内蔵浮動小数点処理ユニットです。これは現在のパルス情報から、要求される回転子速度、位置および必要な駆動要求をリアルタイムで処理します。

 

低電力部分

電力部分は、6つの高電流MOSFETを備えた3相ブリッジを使用しています(下の図を参照)。3つのオンボードシャント電流用抵抗は、MOSFETの下にあるものです。モータの電流を測定し、外部のセンサや配線なしにモータのタイミング情報を得ることができます。

 

通信

USBでPCと接続しコントロールGUIを使用します。

電源

セットアップ、通信用にはUSBバスを、モータ用には24V駆動用電源を使用します。

 

主な機能

三相ブラシレスモータプラットフォームはフィールド指向の制御アルゴリズムを使用し、モータ配線が電源だけのセンサレス動作か、外部センサを使用するように構成できます。

メリット:

  • 自分のコンピュータでGUIを使い制御可能
  • ソースコードはロイヤリティフリー
  • オートチューニング、キャリブレーション、モータパラメータ同定が可能
  • 三相ブラシレスモータが付属しているため、すぐに開発が可能

このキットは、外部電源を使用する場合、5Aのピーク電流で最大48VDCのモータを使用できます。デフォルト設定は付属のモータ用で、シャウト電流を使い制御するものになっています。

GUIを使用することで、付属のモータを容易にセットアップ、稼働させることができます。

はじめに

YROTATE-IT-RX23Tキット(125-3763)の内容品:

  • RX23Tインバータボード
  • ACブラシレスモータ Nanotec DB42S03
  • Mini USBケーブル
  • クイックスタートガイド

最初に、モータをインバータボードのソケットJ7に接続します。 モータ・コネクタは、極性がある3極のケーブル取り付けソケットです。 モータは、赤はU、黄はV、黒はWに接続します。

RSにあるPhoenixモータマウント用コネクタ(189-6026)は別のモータを接続するときに最適です。

 

初期設定時、RX-23TにUSB電源を供給する必要があるので、JP1とJP2の2つの赤いジャンパで両方ともピン4〜6をショートさせます。

 

最新の制御用ソフトウェアの情報はrenesasのホームページから:

https://www.renesas.com/en-eu/products/boards-and-kits/boards-and-kits/device/YROTATE-IT-RX23T.html

制御用ソフトウェアをインストール

Renesasの会員登録後、YROTATE-IT_PC_GUI_XXXXX.zipをダウンロードします。

クリックすると、インストーラが起動しますので指示に従ってインストールしてください。 この段階で、[Start Demo]をクリックしないでください。

次にUSBを使ってPCとRX-23Tボードを接続します。

ドライバのインストール

FTDI FT232RL (040-6580)でPCと通信します。もしWindowsでCOMポート用ドライバが入っていない場合FTDI (http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm)からダウンロード、インストールしてください。うまくいかない場合は以前のバージョンの Windows 用に作成されたプログラムの実行で実行することでCOMポートを使用することができます。

トラブルシューティングでCOMポートを接続させることで、電源を切るまで同じようなエラーが出なくなりました。

セットアップが完了したらGUIを終了し、PCの電源を切ります。.

モータを動かすときは、最大限の性能を発揮させるために24V DC電源の使用をお勧めします。

まず2つのジャンパJP1、JP2をピン1から3に変えます。

 

 

 

 

これにより、USB電源が切り離され、24V電源をコネクタJ4に接続されます。 RX-23Tボードの電源部分は逆接続が起きないようにRSにあるコネクタ(189-6010)とケーブルを使用しました。 電源は24Vで、スイッチを切ったまま接続します。

また、RS Pro 24V 3Aデスクトップ電源(904-8503)を使用もできます。 C13の電源コードが必要な場合は、(262-1154)も注文してください。 

 

 

 

 

 

次にRX-23TボードとPCを接続し、24V電源のスイッチをオンにします。

PCのアプリケーションを起動し、通信がスタートします。通信成功するとLED DL1が点滅します。

 ‘Set Up’ボタンをクリックし、 RX-23Tを選択、 ‘Auto detect’をクリックするとPCとRX23Tが接続されます。

GUIディスプレイには、さまざまなウィンドウや設定ボタンが左側にあります。 これにより、モータパラメータの設定、チューニング、およびモニタが可能になります。

センサレス駆動のACブラシレスモータの場合の調整が必要パラメータ:

                現在のPIパラメータ、比例定数Kp、積分定数Ki

ステータ抵抗、同期インダクタンスおよび永久磁石磁束のモータパラメータ。     

次に、以下のプロセスを経て、ドライバがモータを正しく駆動するように調整されていることを確認します。

私たちは以下を使用します

‘Cur PI tuning’

‘Cur PI tuning (Auto)’

‘Motor Identification’

‘Oscilloscope’

1) 始める前に、RX23Tボードにデフォルトパラメータが設定します。 'Parameters Setting'をクリックし、'00 Operation Select 'ステータスに33を入力します。 その後、‘Write’をクリックして、RX23Tボードの黄色のリセットボタンP1を押します。

2) Parameters Setting’画面で、'07 Maximum Current 'に入力されたモータ(3500)のモータ最大電流(mA)を設定し、' Write 'をクリックするとEEPROMに保存されます。終わったら' Parameters Setting '画面を閉じます。このステップは自動補正で重要になり、動作を保証します。

3) 自動PIチューニングは、‘Cu.PI tuning (AUTO)’ボタンをクリックします。 ソフトウェアはステップ電圧から、2 PIの電流係数をモータ応答から算出します。 これらは以下のように表示され、「Yes」をクリックするとEEPROMに保存されます。

4) 次に、'CurPI tuning'ボタンをクリックし、手動による電流調整を実行します。 現在のチューニングウィンドウが表示されます。'Apply Current Step'ボタンをクリックすると、画面にステップ応答が表示され、拡大することで一時的な詳細を表示できます。

期待する動作に的確なステップ応答を得るために値の調整をします。 またステップ電流は、デフォルト値の50%から90%に増加させることができます。 最も的確なステップ応答を設定すると、比例定数Kp、積分定数Kiが調整され、ウィンドウを閉じます。 

5) モータパラメータの自動識別は、‘Motor Identification’ボタンをクリックし、‘Start’をクリックすることで実行されます。 モータは回転を開始するため、無負荷の状態にします。 ‘Yes’をクリックすると、結果が保存されます。

このテストでは、モータの固定子抵抗、インダクタンスおよび永久磁石の磁束を測定し、調整されます。

今度は‘Parameters Setting’画面で、‘05 Polar Couples’に極対数(付属モータの場合は4)を入力し、最大速度は1000 rpmになります。 スタートアップ電流は最大電流の25%(3.5Aの25%は875mA)のため、‘06 Start Current’には875が入力されます。’Write’をクリックしてEEPROMに保存し、ウィンドウを閉じます。

6) その後、RPMコントロールを使用してモータが、1500rpm、最低速度の1.5倍になっているかテストします。

‘Oscilloscope’機能で、時間対モータ電流グラフを表示し、位相セレクタを使用して位相をチェックします。 我々は、以下の4つのパラメータを変更し、変化を確認しました。

2つの速度パラメータ13 Speed loop Kp と14 Speed loop Ki

比例定数と積分定数11 Current loop Kp と12 Current loop Ki

 

 

異なる速度での効果も実験し、最適値が特定できました。

下のビデオに見られるように、不安定さと振動を示すモータの極端な状態を観察できました。

元のチューニングされた値に近い値を使用すると、非常に安定した操作ができます。このビデオで確認できます。

終わりに

この手順で、このタイプのモータから最高の性能を得るために最適化する必要のある制御技術とパラメータの詳細な概要が確認できます。 より高いレベルで使用できるようになる、アプリケーション分野が広がります。 このキットを使用すると、幅広い出力パワーとオプションが設定しカスタムモータを簡単に駆動できます。

RSは、このキットで使用できるFaulhaber(873-4811)など、幅広いブラシレスDCモータを販売しています。

ボードをセットアップすることで、オートチューン機能を実行して、安定した回転するモータを使うことができます。

あなたも回してみませんか?

サポート情報 

Nanotec DB42S03モータ概要

三相ACブラシレス

最大電流       5.4A

電圧           24V

回転速度      4000 rpm

ポールペア     4

LEDの情報

DL1 USB通信ステータス, 接続できているときに点滅.

DL2 RX23Tマイクロコントローラ正常に動作しているときに点滅.

DL3 動作待ち状態に点灯

DL4ステップダウンDC-DCコンバータからの15Vスイッチ駆動電源の有無

DL5 回路電源の有無

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