07-2005_050-053.pdf

S P R Z Ę T

Mikrokontrolery do

sterowania silnikami

serii ST7MC, część 2

Sterowanie trójfazowym

silnikiem indukcyjnym

Trójfazowy asynchroniczny silnik

indukcyjny wymaga zupełnie inne-

go sposobu sterowania niż opisany

powyżej, ale zmiana ta polega jedy-

nie na odpowiednich modyﬁkacjach

rejestrów konﬁguracyjnych kontrole-

ra. Układ Motor Control Macrocell

w tej konﬁguracji pracuje jako trój-

fazowy generator PWM, wytwarzają-

cy sygnały o obwiedni sinusoidalnej.

Z każdego z trzech wyjść generatora

wytwarzane są dwa sygnały komple-

mentarne do wysterowania dolnego

i górnego tranzystora mostka. Dodat-

kowo wprowadzany jest tzw. czas

martwy ( Dead Time ) – opóźnienie

między wyłączeniem dolnego, a załą-

czeniem górnego tranzystora; pozwa-

la to uniknąć jednoczesnego prze-

wodzenia dwóch tranzystorów w tej

samej gałęzi mostka. Uproszczony

schemat układu sterowania silnikiem

indukcyjnym przedstawia rys. 5 .

Do wysterowania bramek tranzysto-

rów mocy zastosowano trzy układy

L6386 (specjalizowany driver dolne-

go i górnego tranzystora w mostku

wysokonapięciowym). Wejścia MCIx

mogą być wykorzystane do realizacji

układu sterowania z zamkniętą pętlą

regulacji obrotów silnika.

Rejestry konﬁguracyjne umożliwia-

ją dostosowanie wejść MCIx do wy-

branego rodzaju przetwornika obroto-

wo – impulsowego oraz wybór trybu

pracy: pomiar pozycji, prędkości ob-

Dobrze znana Czytelnikom EP rodzina 8–bitowych

mikrokontrolerów ST7 wzbogaciła się o serię układów

dedykowanych do układów sterowania silnikami z wirującym

magnesem (BLDC) oraz silnikami indukcyjnymi. Firma ST

Microelectronics wprowadziła w nich wiele nowinek technicznych,

nie występujących w innych kontrolerach „silnikowych”.

rotowej lub prędkości i kierunku (dla

enkodera inkrementalnego). Korzysta-

jąc z gotowych bibliotek dla języka C,

można zbudować układ z zamkniętą

pętlą o parametrach porównywalnych

z falownikiem wykorzystującym pro-

cesor DSP (soft – start, soft – stop,

optymalizacja parametrów pracy sil-

nika, regulacja poślizgu).

W podobny sposób realizuje się

sterowanie silnikiem prądu zmien-

nego z wirującym magnesem (PMAC

– Permanent Magnet AC Motor ).

Dodatkowe peryferia w bloku

Motor Control Macrocell

Blok sterowania silnikiem jest

wyposażony w jeszcze kilka przy-

datnych układów i funkcji:

– Możliwość konﬁguracji wyjść

MCOn: dla każdego z sześciu

wyjść można wybrać jego pola-

Rys. 5. Schemat sterowania silnika indukcyjnego

Elektronika Praktyczna 7/2005

Tanie narzędzia dla

kontrolerów rodziny ST7

S P R Z Ę T

www.st.com/mcu

EVBST7-01

System ewaluacyjny dla ST7FLiteS,

ST7FLite0

• 1...1,5kB pamięci Flash

• wewnętrzny oscylator

RC 1MHz

• zasilanie 2,4...5,5V

• automatyczna ochrona

przed spadkiem napięcia

zasilania (LVD)

• WDG, SPI, PWM

• 128B EEPROM

• 128B RAM

• 8-bitowy przetwornik

A/C

• dwa timery (8 i 16-

bitowy)

• programowanie

w układzie

• tani programator

ICPcable I

EVBST7-02

System ewaluacyjny dla ST7FLite1,

ST7FLite2

• 4...8kB pamięci Flash

• wewnętrzny oscylator RC

1MHz

• zasilanie 2,4...5,5V

• automatyczna ochrona

przed spadkiem napięcia

zasilania (LVD)

• WDG, SPI, PWM

• 128B EEPROM

• 256B lub 384B RAM

• 10-bitowy przetwornik

A/C

• dwa timery (8 i 16-

bitowy)

• programowanie

w układzie

• tani programator

ICPcable I

EVBST7-03

System ewaluacyjny dla ST72F26x

• 4...8kB pamięci Flash

• zasilanie 2,4...5,5V

• automatyczna ochrona

przed spadkiem napięcia

zasilania (LVD)

• WDG, PWM, RTC, SPI,

SCI, I2C

• 256B RAM

• 10-bitowy przetwornik

A/C

• dwa timery 16-bitowe

• programowanie

w układzie

• zagnieżdżona struktura

przerwań

• tani programator

ICPcable I

Pełna informacja o mikrokontrolerach ST7Lite i narzędziach na stronie www.st.com/mcu

Elektronika Praktyczna 7/2005

Masters Sp. z o. o.

80-389 Gdańsk, ul. Śląska 12

tel. (58) 761 86 86, fax (58) 761 87 87

www.masters.com.pl, masters@masters.com.pl

ST7FLite2

S P R Z Ę T

ryzację (wyjście proste lub zane-

gowane) oraz stan w czasie rese-

tu (niski, wysoki, wysoka impe-

dancja).

– Wejście stopu awaryjnego: wystero-

wanie tego wejścia powoduje na-

tychmiastowe wyłączenie silnika –

wyjścia MCO ustawiane są w stan

zdeﬁniowany dla resetu. Ten sam

efekt można osiągnąć także pro-

gramowo – ustawiając bit stopu

w odpowiednim rejestrze.

– Komparator analogowy: może

być wykorzystany do regulacji

lub ograniczania prądu uzwojeń.

Napięcie referencyjne komparato-

ra można ustawiać programowo

na jedną z 7 wartości z zakresu

0,2 do 3,5 V.

– Dodatkowy 8–bitowy timer z pro-

gramowanym preskalerem i roz-

budowanymi funkcjami porówna-

nia/przechwytywania. Doskonale

się nadaje do pomiaru prędkości

obrotowej.

– Wzmacniacz operacyjny: ma wy-

prowadzone oba wejścia i wyjście,

co umożliwia dowolne jego wy-

korzystanie (wzmacniacz wstępny

dla A/C, separator impedancji,

komparator itp.). Poza tym po-

przez ustawienie odpowiednich

bitów konﬁguracyjnych, wzmac-

niacz może być wewnętrznie

dołączony do wybranego wejścia

przetwornika A/C lub do kompa-

ratora sprzężenia prądowego.

List. 1. Przykładowy program sterowania silnika BLDC

Programowanie

mikrokontrolerów ST7MC

Najbardziej efektywne jest wy-

korzystanie gotowych bibliotek dla

języka C, opracowanych przez ﬁrmę

STM. Biblioteki oraz noty aplika-

cyjne z przykładami można pobrać

bezpłatnie w dziale Downloads na

stronie ﬁrmowej www.mcu.st.com .

Dostępne są oddzielne biblioteki do

sterowania silnikiem indukcyjnym,

silnikiem BLDC oraz synchronicz-

nym silnikiem AC z wirującym ma-

gnesem. Biblioteki zawierają funk-

cje specyﬁczne dla danego rodzaju

silnika, a także funkcje pomocnicze

nie związane z silnikiem (obsługa

klawiatury, zapalanie LED, przetwa-

rzanie analogowo – cyfrowe, obsłu-

ga transmisji szeregowej itp.).

Na list. 1 przedstawiono przykła-

dowy program sterowania silnikiem

BLDC w trybie bezczujnikowym. Pro-

gram realizuje następujące funkcje:

– Po wciśnięciu przycisku START

silnik jest uruchamiany ze współ-

czynnikiem wypełnienia 25%.

– Po wciśnięciu przycisku STOP na

2 sekundy uruchamia się hamowa-

nie dynamiczne ze współczynni-

kiem wypełnienia 17%, następnie

stopień mocy zostaje wyłączony.

– Dodatkowo zapalane są diody

sygnalizacyjne: czerwona lub zie-

lona oraz obsługiwany jest stan

awaryjny zablokowania wirnika

( Motor Stalled ).

Uwaga: Przykład nie zawiera czę-

ści konﬁguracyjnej – np. deklaracje

zmiennych, ustawienia rejestrów,

przyporządkowanie końcówek we/wy.

Wybrane funkcje biblioteczne

(zastosowane w przykładowym pro-

gramie) opisane są poniżej:

MTC_StartMotor : zainicjowanie

odpowiednich rejestrów i zmiennych,

pozycjonowanie wirnika, ustawienie

maski przerwań niezbędnych podczas

pracy silnika, uruchomienie silnika.

MTC_StopMotor : wyłączenie

Elektronika Praktyczna 7/2005

S P R Z Ę T

wszystkich tranzystorów mostka,

zablokowanie przerwań związanych

z silnikiem.

GetMotorStatus : zwraca 8–baj-

towe słowo stanu silnika, wybrane

bity: MOTOR_STALLED, AUTO_

SWITCH, EMERGENCY_STOP.

Set_Duty (u16 duty) : ustale-

nie wartości 16–bitowej zmiennej

– współczynnika wypełnienia sygnału

PWM, tzn. ustalenie prędkości obro-

towej (momentu w trybie prądowym).

Chk_Motor_Stalled : wykrywanie

stanu zablokowania wirnika poprzez

kontrolę wartości bitów MTC w re-

jestrze MPCR kontrolera. Wartość

maksymalna MTC=15 powoduje

ustawienie bitu MOTOR_STALLED.

active_brake (u16 duty, u16

time) : funkcja hamowania dyna-

micznego poprzez zasilenie jednego

uzwojenia prądem stałym i zwarcie

pozostałych. Dwie zmienne 16–bi-

towe: współczynnik wypełnienia

PWM ( duty ), czas hamowania w ms

( time ). Zwraca TRUE po upływie

czasu hamowania.

u8 GetRVn() : funkcja zwraca

ustawienie potencjometru dołączone-

go do jednego z wejść analogowych

kontrolera (RV1, RV2 lub RV3)

jako wartość 8–bitową. W załączo-

nym przykładzie potencjometry RV2

i RV3 ustalają wartości progowe dla

komparatora napięcia BEMF.

key_scan() : zwraca TRUE gdy

klawisz dołączony do pinu kontro-

lera jest wciśnięty przez określo-

ny czas. Funkcja realizuje ﬁltrację

drgań styków.

Biblioteka dla silnika trójfazo-

wego AC zawiera odmienny zestaw

funkcji, dostosowany do specyﬁki

silnika, poniżej opisano wybrane

funkcje podstawowe:

– Funkcje inicjujące rejestry

i zmienne: MTC_ResetPeripheral,

MTC_InitPeripheral, MTC_InitSi-

neGen. Służą do ustalenia konﬁ-

guracji pracy silnika.

– Funkcje ustalające napięcie i czę-

stotliwość fali sinusoidalnej oraz

kierunek obrotów (kolejność faz):

MTC_UpdateSine, MTC_Toggle_

Direction, MTC_Set_ClockWise_

Direction, MTC_Set_CounterCloc-

kWise_Direction.

– Funkcje odczytu bieżących para-

metrów (napięcia, prędkości, po-

ślizgu, kierunku obrotów): MTC_

GetVoltage, MTC_GetStatorFreq,

MTC_GetSlip, MTC_GetRotation-

Direction.

– Funkcje hamowania dynamiczne-

go: MTC_StartBraking, MTC_Bra-

ke, MTC_StopBraking.

Poza funkcjami podstawowymi

klasy MTC dostępne są także bar-

dziej rozbudowane procedury apli-

kacyjne (klasa ACM), umożliwiające

sterowanie silnikiem AC w trybie

falownikowym. W układzie z otwartą

pętlą sprzężenia sterowanie odbywa

się w podstawowym trybie stałego

stosunku U/f, natomiast w układzie

z pomiarem prędkości stosowane

jest sterowanie skalarne z kontrolą

poślizgu i optymalizacją sprawności

silnika.

Procedury ACM nie mają bez-

pośredniego dostępu do zasobów

sprzętowych, działają na zasadzie

wywołań funkcji MTC z odpowied-

nimi parametrami.

– Procedury miękkiego startu dla

zamkniętej i otwartej pętli: ACM_

SoftStart, ACM_SoftStartOL.

– Aktywacja trybu optymalizacji

poślizgu: InitSlipFreqReg, ACM_

SlipRegulation. Dla celów po-

miarowych stosowana jest także

funkcja utrzymania stałych obro-

tów przez określony czas ACM_

SustainSpeed.

– Funkcje odczytu parametrów pę-

tli regulacji proporcjonalnej i po-

ślizgu: ACM_GetPIParam, ACM_

GetOptimumSlip.

Programista może skorzystać

z predeﬁniowanych charakterystyk

regulacji (miękkiego startu, U/f, ska-

larnych), oprócz tego w notach apli-

kacyjnych opisane są metody dobo-

ru charakterystyk do specyﬁcznych

wymogów aplikacji.

Znacznym ułatwieniem tworzenia

aplikacji może być zestaw ewalu-

acyjny, oferowany przez ﬁrmę STM.

Zestaw zawiera kompletny sterow-

nik ze stopniem mocy, wejścia

przetworników prędkości i czujników

Halla, izolowany port szeregowy

z konwerterem USB, dodatkowy port

szeregowy LIN/SCI, klawisze, poten-

cjometry. W zestawie jest testowy

silnik BLDC, opcjonalnie można za-

kupić także silnik indukcyjny. Sto-

pień mocy może sterować silnikami

BLDC lub indukcyjnymi o mocy do

1000 W i napięciu pracy od 12 do

300 V. Dołączone oprogramowanie

zawiera środowisko programistyczne

IDE oraz bardzo wygodny interfejs

graﬁczny, umożliwiający programo-

wanie parametrów w rejestrach kon-

ﬁguracyjnych mikrokontrolera.

Jacek Przepiórkowski

Elektronika Praktyczna 7/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: