BLDC モーター制御

シミュレーションを使用して BLDC モーター制御アルゴリズムを開発

電気整流式であるブラシレスモーターは、機械整流式のブラシ付きモーターより高い電力効率とトルク重量比を備えているため、幅広い製品での利用が拡大し続けています。ブラシレス DC (BLDC) モーターは、固定子巻線の集中巻きにより台形波状の逆起電力を持つ永久磁石同期モーター (PMSM) として一般的に定義されています。これにより BLDC モーターが、固定子巻線の分布巻きにより正弦波状の逆起電力を持つ PMSM モーターと区別されます。

BLDC と PMSM モーターの動作を比較する MATLAB アニメーション。アニメーションは Simscape Electrical モデルからのシミュレーション結果に基づいています。

ブラシレス DC モーターは、一般的に矩形波駆動制御 (120度通電制御など) を使用しますが、ベクトル制御(磁界方向制御)も使用されています。一方、PMSM モーターは、一般的にベクトル制御のみを使用します。BLDC モーターの矩形波駆動制御は、ベクトル制御よりも簡単な制御手法です。つまり、矩形波通電制御は、一度に 2 つの位相のみ励磁します。トルク制御をするには、1 つの PID コントローラーだけが必要になります。また、ベクトル制御とは異なり、Clarke-Park 変換(クラーク変換、パーク変換)を使用してモーターの座標変換をする必要がありません。

極対数1、2のBLDC モーターの動作を比較する MATLAB アニメーション。アニメーションは Simscape Electrical モデルからのシミュレーション結果に基づいています。

BLDC モーターの矩形波駆動制御のコントローラーを設計するモーター制御エンジニアは、次のタスクを実施します。

  • 電流/電圧を制御するPIコントローラーをもつインナーループの制御構造の開発
  • オプションの速度および位置を制御するPIコントローラーをもつアウターループの制御構造の開発
  • 性能要件を満たすためにすべてのPIコントローラーのゲインを調整
  • PWM 制御の設計
  • 故障検出および保護ロジックの設計
  • 様々な動作条件でコントローラーの性能を確認して検証
  • 固定または浮動小数点演算のコントローラーをマイクロコントローラーに実装

Simulink® を使用した BLDC モーターの制御設計により、マルチレートの シミュレーションを使用して制御アルゴリズムを設計、調整、および検証し、ハードウェアでのテスト前にモーターのすべての動作範囲で設計エラーを検出して修正することができます。Simulink のシミュレーションを使用して、プロトタイプによるテストの量を減らして、ハードウェアではテストできない異常や故障状態で制御アルゴリズムのロバスト性を検証することができます。以下のタスクを実施することができます。

  • 台形波状の逆起電力または任意形状の逆起電力を持つ BLDC モーターのモデル化
  • 電流コントローラー、速度コントローラー、およびパルス幅変調器 (PWM) のモデル化
  • インバーターなどの パワーエレクトロニクス回路のモデル化
  • ボード線図や根軌跡などの古典的な線形制御設計手法、およびPIDゲインの自動チューニングなどの手法を使用して、BLDC モーター制御システムのゲインを調整
  • スタートアップ、シャットダウン、およびエラーのモードをモデル化し、安全なモーター動作を確保するためにディレーティングおよび保護ロジックを設計
  • I/O チャンネルのための信号調整と処理アルゴリズムの設計
  • モーターとコントローラーの閉ループ シミュレーションを実施して、正常および異常の動作シナリオでシステム性能をテスト
  • ラピッド プロトタイピング、ハードウェアインザループ テスト、および実機環境への実装のために、ANSI、ISO、またはプロセッサ最適化された C コードおよび HDL を自動生成

シミュレーション モデルによりモーター制御開発の時間を削減

対話型の例やチュートリアルを通して基本的なタスクからより高度な操作まで習得できます。

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