BLDC e controllo ad orientamento di campo (FOC)
Per il rilevamento della posizione e il controllo dello statore è anche possibile ricorrere al controllo ad orientamento di campo (FOC). Il controllo ad orientamento di campo consente di controllare la coppia massima per ampere o l’indebolimento del campo per vari tipi di motori, compresi i piccoli motori c.c. senza spazzole. La progettazione di questa categoria di prodotti è tutt’altro che semplice. Richiede esperienza nel FOC o in altre avanzate e sofisticate tecnologie di controllo del motore, come il controllo diretto della coppia (DTC), così come la conoscenza del funzionamento dei sistemi di sviluppo software specializzati. Per avere un’idea della complessità dello sviluppo FOC, ecco un elenco di requisiti del produttore di Simulink, Mathworks:
- Sviluppare un’architettura di controllo con due controller PI per il loop di corrente
- Sviluppare i controller PI per i loop di posizione e velocità esterni opzionali
- Ottimizzare i guadagni di tutti i controller PI per soddisfare i requisiti prestazionali
- Progettare un modulatore vettoriale spaziale per il controllo della PWM
- Progettare un algoritmo di osservazione per stimare la posizione e la velocità del rotore se si utilizza
- il controllo sensorless
- Progettare algoritmi di controllo della coppia massima per ampere o dell’indebolimento del campo per generare id_ref e iq_ref ottimali
- Implementare trasformazioni di Park, Clarke e Park inversa computazionalmente efficienti
- Progettare la logica per il rilevamento e la convalida degli errori
- Verificare e convalidare le prestazioni del controller in diverse condizioni operative
- Implementare un controller a virgola fissa o mobile su un microcontrollore o un FPGA
Come si vede, progettare un sistema di controllo del motore completo e funzionale basato su FOC è un compito sostanzialmente impegnativo. Per questo motivo, le aziende di semiconduttori, tra cui Texas Instruments, hanno creato strumenti di sviluppo che semplificano gran parte del processo di progettazione e implementazione e facilitano l’implementazione del FOC.
Inoltre, i fornitori di IC hanno generalmente deciso di proteggere la loro proprietà intellettuale salvando le librerie software utilizzate dagli strumenti di sviluppo in ROM e rendendole disponibili solo su MCU selezionati. La soluzione InstaSPIN FOC di Texas Instruments, ad esempio, è disponibile solo nelle varianti della serie di MCU TI C2000 Piccolo a 32 bit.