UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTEDipartimento di

Elettrotecnica, Elettronica e Informatica

Realizzazione sperimentale di un controllo vettoriale per motore

asincrono

Relatore

Prof. Roberto MENIS

Laureando

Paolo FABRIS

Tesi di Laurea Triennale inIngegneria Elettronica Applicata

Anno accademico 2006 - 2007

SOMMARIO

Obiettivo Controllo ad orientamento di campo indiretto Simulazione Implementazione Conclusioni Sviluppi futuri

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OBIETTIVO

Implementare un algoritmo di controllo vettoriale ad orientamento di campo indiretto (FOC) per un motore asincrono sfruttando il microcontrollo HITACHI H8 3687

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CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI CAMPO INDIRETTO

Vantaggi

Controllo accurato e efficienteElaborazione in tempo realeControllo diretto della coppia e flussoUso della CPUPortabilità Hardware

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CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI CAMPO INDIRETTO

Svantaggi

Elevata complessità computazionale: Richiede CPU con prestazioni elevate

Sensitività parametrica Richiede modello accurato

Presenza del sensore di velocità: Difficoltà per migrazione da V/f a vettoriale Affidabilità Aumento dei costi

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CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI CAMPO INDIRETTO

ProblemaCPU HITACHI non è molto performanteSostituzione motore variazione costanti

SoluzioneFirmware scritto in assemblySi impostano alcuni parametri nel sorgente

MATALB (Lr, Rr, RPM, RMS, I, p) e si ricavano tutte le costanti moltiplicative 6/22

Field Oriented Control

-K-

rad/s

Discrete,Ts = 0.0002 s.

pow ergui

0

Zero resistancetorque

1500

Zeoro speedreference

v+-

Vab

Step speedreference

Step resistancetorque

Speed referenceselection

Scope2

Scope1

Resistance torqueselection

-K-

RPM

-K-

PU9

-K-

PU8

-K-

PU7

-K-

PU6

-K-

PU5

-K-

PU4

-K-

PU3

-K-

PU2

-K-

PU1

-K-

PU

?

More Info

[IaIb]

Goto6

[Torque]

Goto5

[RPM]

Goto4

[Te]

Goto3

[MUX]

Goto2

[Vab]

Goto1

[speed]

Goto

[RPM]

From7

[IaIb]

From6

[Vab]

From5

[RPM]

From4

[Torque]

From3

[Te]

From2

[MUX]

From1

[speed]

From

speed ref erence

wm

Iab

error_torque

error_f lux

error_speed

teta

v A

v B

v C

FOC

Tm

mA

B

C

Asynchronous Machine

<Electromagnetic torque Te (N*m)>

<Rotor speed (wm)>

<error_f lux>

<error_torque>

<error_speed>

<teta1>

SIMULAZIONE

7/22

Simulazione nel dominio del tempo discreto

Script MATLABRappresentazione dati in 16-bit (Fixed-Point)Simulazione look-up-tableVerifica formato grandezze e dati

Coppia resistente

Velocità di riferimento

Visualizza grandezze e variabili interne

Visualizza velocità e coppia

SIMULAZIONE

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Risposta a vuoto

Errore di coppia

Errore di velocità

Tensione concatenata

Correnti di fase

Error di flusso

Posizione flusso

SIMULAZIONE

9/22

Risposta a vuotoVelocità di riferimento

Coppia resistente

SIMULAZIONE

10/22

Risposta a un gradino di coppia

SIMULAZIONE

Risposta a un gradino di velocità

11/22

SIMULAZIONE

Risposta gradino coppia/velocità

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PWM 3-fase

Convertitori ADC 10-bit

Lettura direzione

IMPLEMENTAZIONE

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Clock 16MHz

56KByte

3KByte

RS232

Impulsi encoder

Interrupt esterno

IMPLEMENTAZIONE

14/22

Timer Z

Inizializzazione

Registro di comparazione

Dead Time

Overflow Flag

Underflow Flag

IMPLEMENTAZIONE

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Sorgenti scritti in CInizializzazion

e alimentazione

Segnale di resetReset

Configurazione periferiche e interruptInizializzazione look-up-table e variabili interne

msg<=5

Disattivazione PWMVisualizzazione messaggio di errore

Sleep

SINO

0 interrupt esterno1, 2 saturazione ia e ib

3 interrupt PWM non valido4, 5 T1 < 0 , T2 < 0

IRQ0IRQ1

PWMInt

IMPLEMENTAZIONE

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PWMInt()OVF==1 OVF=0

UDF==1 Msg=3

Lettura correnti

Sat Msg=1,2

FOC()

Start

End

SiNo

NoSi

SiNo

Regolatore PI di velocitàCalcolo della posizione angolare del flusso

Aggiornamento funzioni trigonometrichePI iSqPI iSd

Trasformata inversa di Park

Lettura velocità ref e segnoLettura velocità di rotore

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FOC() scritta in assembly

StartSalva registri nello stack

Trasformata di ClarkeTrasformata di Park

IMPLEMENTAZIONE

ek uk

elk

xi

1

ulk

z

1

Unit Delay Saturation

1

Kpi

-K-

Ki

-K-

Kcor

2

yfbk

1

yref

T1+T2>Ts

IMPLEMENTAZIONE

18/22

Calcolo delle componenti di riferimentoDeterminazione del settore

Percalcolo dei tempi d’applicazioneAssegnamento tempi in base al settore

Aggiustamento saturazioneSi

No

Assegnamento duty-cycleRipristino registri dallo stack

End

IMPLEMENTAZIONE

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Debugging

Scheda di programmazione JTAGEmulatore E7

Abimente di sviluppo “Hiatchi Embedde Workshop”

IMPLEMENTAZIONEWorkspace

Indirizzi delle label

Informazioni di debuggingInformazioni sulle istruzioni Valori variabili

Registri CPUEditor

Breakpoint/PC

Indirizzi istruzioni

Aggiornamento passoAggiornamento cicli di clock

Aggiornamento registri

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CONCLUSIONI

Si può eseguire l’elaborazione in tempo reale con CPU HITACHI H8 3687 (ottimizzando il firmware in assembly)

Buona dinamica di controllo del motore asincrono

Efficienza elevata nel processo di conversione DC/AC (modulazione SVPWM dell’inverter)

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SVILUPPI FUTURI

Migrazione dell’algoritmo di controllo su CPU HITACHI H8 a 16-bit /32-bit più performante (compatibile con CPU precedenti appartenenti alla serie H8 300H)

Implementazione del firmware interamente in C su CPU più performante

Adattamento algoritmo per motore BLDC

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