JAJU919 December   2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 用語
    2. 1.2 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 TMS320F2800137
      2. 2.3.2 MSPM0G1507
      3. 2.3.3 TMP6131
      4. 2.3.4 UCC28881
      5. 2.3.5 TPS54202
      6. 2.3.6 TLV9062
      7. 2.3.7 TLV74033
    4. 2.4 システム設計理論
      1. 2.4.1 ハードウェア設計
        1. 2.4.1.1 モジュール形式の設計
        2. 2.4.1.2 高電圧降圧補助電源
        3. 2.4.1.3 DC リンク電圧検出
        4. 2.4.1.4 モーター相電圧のセンシング
        5. 2.4.1.5 モーター相電流のセンシング
        6. 2.4.1.6 外部過電流保護
        7. 2.4.1.7 TMS320F2800F137 の内部過電流保護
      2. 2.4.2 3 相 PMSM 駆動
        1. 2.4.2.1 PM 同期モーターのフィールド オリエンテッド コントロール
          1. 2.4.2.1.1 空間ベクトルの定義と投影
            1. 2.4.2.1.1.1 ( a 、   b ) ⇒ ( α 、 β ) クラーク変換
            2. 2.4.2.1.1.2 α 、 β ⇒ ( d 、   q ) パーク変換
          2. 2.4.2.1.2 AC モーターの FOC 基本方式
          3. 2.4.2.1.3 回転子フラックスの位置
        2. 2.4.2.2 PM 同期モーターのセンサレス制御
          1. 2.4.2.2.1 位相ロック ループを備えた拡張スライディング モード オブザーバ
            1. 2.4.2.2.1.1 IPMSM の数学モデルと FOC 構造
            2. 2.4.2.2.1.2 IPMSM 向け ESMO の設計
            3. 2.4.2.2.1.3 PLL による回転子位置および速度の推定
        3. 2.4.2.3 弱め界磁 (FW) および最大トルク / 電流 (MTPA) 制御
        4. 2.4.2.4 モーター駆動のハードウェア要件
          1. 2.4.2.4.1 モーター電流帰還
            1. 2.4.2.4.1.1 3 つのシャント電流センシング
            2. 2.4.2.4.1.2 1 つのシャント電流センシング
          2. 2.4.2.4.2 モーター電圧帰還
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェアの概要
      1. 3.1.1 ハードウェア ボードの概要
      2. 3.1.2 テスト条件
      3. 3.1.3 ボードの検証に必要なテスト機器
    2. 3.2 GUI の概要
      1. 3.2.1 テスト設定
      2. 3.2.2 GUI ソフトウェアの概要
      3. 3.2.3 シリアル ポートの設定
      4. 3.2.4 モーターの識別
      5. 3.2.5 モーターの回転
      6. 3.2.6 モーターのフォルト ステータス
      7. 3.2.7 制御パラメータの調整
      8. 3.2.8 仮想オシロスコープ
    3. 3.3 C2000 ファームウェアの概要
      1. 3.3.1 ボード テストに必要なソフトウェアのダウンロードとインストール
      2. 3.3.2 CCS でのプロジェクトの開始
      3. 3.3.3 プロジェクト構造
      4. 3.3.4 テスト方法
        1. 3.3.4.1 ビルド レベル 1：CPU とボードの構成
          1. 3.3.4.1.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.1.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.1.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.1.4 コードの実行
        2. 3.3.4.2 ビルド レベル 2：ADC 帰還を使用した開ループ チェック
          1. 3.3.4.2.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.2.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.2.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.2.4 コードの実行
        3. 3.3.4.3 ビルド レベル 3：閉電流ループ チェック
          1. 3.3.4.3.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.3.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.3.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.3.4 コードの実行
        4. 3.3.4.4 ビルド レベル 4：完全なモーター駆動制御
          1. 3.3.4.4.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.4.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.4.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.4.4 コードの実行
          5. 3.3.4.4.5 モーター駆動 FOC パラメータの調整
          6. 3.3.4.4.6 弱め界磁および MTPA 制御パラメータの調整
          7. 3.3.4.4.7 電流センシング回路の調整
    4. 3.4 テスト結果
      1. 3.4.1 負荷および熱のテスト
      2. 3.4.2 外部コンパレータによる過電流保護
      3. 3.4.3 内部 CMPSS による過電流保護
    5. 3.5 新しいハードウェア ボードへのファームウェアの移行
      1. 3.5.1 PWM、CMPSS、ADC モジュールの構成
      2. 3.5.2 ハードウェア ボード パラメータの設定
      3. 3.5.3 フォルト保護パラメータの構成
      4. 3.5.4 モーターの電気的パラメータの設定
    6. 3.6 MSPM0 ファームウェアの概要
  10. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 デザイン ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 部品表 (BOM)
      3. 4.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
      4. 4.1.4 Altium プロジェクト
      5. 4.1.5 ガーバー ファイル
    2. 4.2 ソフトウェア ファイル
    3. 4.3 ドキュメントのサポート
    4. 4.4 サポート・リソース
    5. 4.5 商標
  11. 5著者について
2.4.2.1.3 回転子フラックスの位置

FOC において、回転子フラックスの位置情報を知ることが中心となります。実際、この変数に誤差があると、回転子フラックスは d 軸と一直線にならず、isd と isq は固定子電流の正しいフラックス成分とトルク成分とはなりません。図 2-13 は (a、b、c)、(α、β)、(d、q) の各リファレンス フレームを示し、同期速度で d、q リファレンスで回転する、回転子フラックス、固定子電流、固定子電圧の各空間ベクトルの正しい位置を示しています。

GUID-20210326-CA0I-FRBD-TGGV-LXT01LTKDS3S-low.svg図 2-13 回転リファレンス フレーム (d、q) の電流、電圧、回転子フラックスの各空間ベクトル

同期モーターと非同期モーターでは、回転子フラックス位置の測定方法が異なります。

  • 同期モーターでは、回転子速度は回転子フラックス速度と等しくなります。したがって、θ (回転子フラックスの位置) は位置センサによって直接測定されるか、回転子速度の積分によって求められます。
  • 非同期モーターでは、回転子速度は回転子フラックス速度と等しくないため (スリップ速度があるため)、θ の算出には特定の方法が必要になります。基本的な方法としては、d、q リファレンス フレームにおけるモーター モデルの 2 つの式を必要とする電流モデルを使用します。

理論的には、PMSM ドライブの FOC により、DC モーターの動作のようにモーター トルクをフラックスとは無関係に制御することができます。言い換えれば、トルクとフラックスは互いに切り離されていることになります。固定リファレンス フレームから同期回転リファレンス フレームへの変数変換を行うには、回転子位置を知る必要があります。この変換 (いわゆるパーク変換) の結果、q-軸の電流がトルクを制御し、d-軸の電流は強制的にゼロになります。したがって、このシステムの重要なモジュールは、拡張スライディング モード オブザーバ (eSMO) または FAST エスティメータを使用した回転子位置の推定になります。

図 2-14 に、このリファレンス デザインにおける、フライング スタートを備えた eSMO を使用した、ファン用 PMSM のセンサレス FOC の全体ブロック図を示します。

図 2-15 に、このリファレンス デザインにおける、弱め界磁制御 (FWC) と最大トルク / 電流 (MTPA) を備えた eSMO を使用した、コンプレッサ用 PMSM のセンサレス FOC の全体ブロック図を示します。

図 2-16 に、このリファレンス デザインにおける、フライング スタートを備えた FAST を使用した、ファン用 PMSM のセンサレス FOC の全体ブロック図を示します。

図 2-17 に、このリファレンスデザインにおける、弱め界磁制御 (FWC) と最大トルク / 電流 (MTPA) を備えた FAST を使用した、コンプレッサ用 PMSM のセンサレス FOC の全体ブロック図を示します。

GUID-20210301-CA0I-ZKN3-GRPG-SBBFHHQC74FG-low.svg図 2-14 フライング スタート (FS) を備えた eSMO を使用した PMSM のセンサレス FOC
GUID-20210301-CA0I-CKD8-XB4K-SNWW5CPJDNLN-low.svg図 2-15 FWC と MTPAeSMO を備えた eSMO を使用した PMSM のセンサレス FOC
GUID-20210301-CA0I-6JV4-LJ9F-FBGR7SGCNWKZ-low.svg図 2-16 フライング スタート (FS) を備えた FAST を使用した PMSM のセンサレス FOC
GUID-20210301-CA0I-HGQV-GDJG-4B76STTRKTLT-low.svg図 2-17 FWC と MTPA を備えた FAST を使用した PMSM のセンサレス FOC