Designplattform für Drehstrommotorantriebe

Intelligente Motorsteuerungen schnell entwickeln

27. Juni 2011, 09:06 Uhr   |  Heinz Arnold

Mit der Motorregelungs-Firmwarebibliothek STM32 FOC PMSM SDK will STMicroelectronics Design und Entwicklung energiesparender, intelligenter Antriebe vereinfachen und beschleunigen. Sie zielt auf die Steuerung von Motoren für weiße Ware, Klimaanlagen, Automatisierungssysteme, Elektrowerkzeuge und Fitnessgeräte ab.

Die Motorregelungs-Firmwarebibliothek STM32 FOC PMSM SDK hat ST in der neuen Release v3.0 für die kostengünstige STM32-Value-Line (STM32F100x) ausgelegt. Damit erhalten die Designer die Möglichkeit, intelligente Antriebe zu realisieren, die auf kostensensible Anwendungen zugeschnitten sind. Geeignet ist die Bibliothek auch für die STM32 Performance Line High-Density (STM32F103xx). Hier profitiert sie vom großen Programm-Flash-Speicher dieser Bauelemente in Verbindung mit einer Vielfalt von Peripheriefunktionen. Zwei Antriebe lassen sich in einem Controller implementieren, was Kosten, Platz und Entwicklungszeit spart. Zu den Einsatzgebieten zählen Klimaanlagen, die industriellen Automatisierung und Robotersysteme.

Neu ist auch das grafische PC-Tool MC Workbench v1.0.2 zum Konfigurieren der Firmware-Bibliothek. Es vereinfacht das Zusammenfügen der erforderlichen Blöcke und die Anpassung des Antriebs an die jeweiligen Performance-Vorgaben.

Die STM32-Firmwarebibliothek ist dazu ausgelegt, Controller für Dreiphasen-Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) auf Basis der Vektorregelung (auch Field-Oriented Control – FOC – genannt) zu konfigurieren. Die Bibliothek enthält Funktionen wie zum Beispiel Drehmoment- und Drehzahlregelung mit On-the-Fly-Schaltfähigkeit, den patentierten Algorithmus von ST zur Stromabtastung mit einem einzigen Shunt-Widerstand, den MTPA-Algorithmus (Maximum Torque Per Ampere) für IPMSMs, Flussschwächung, Feed-Forward und die Bremsstrategie. Der enthaltene C-Code entspricht den Regeln von MISRA-C 2004 und erfüllt die einschlägigen ISO/ANSI-Standards.

Zur Bibliothek gehören IP-Blöcke für die Drehzahl- und Positionserfassung mithilfe von Hall-Effekt-Sensoren oder Encodern sowie für sensorlose Algorithmen. Durch die Unterstützung mehrerer Konfigurationen bietet die Bibliothek den Designern die Flexibilität, das für die jeweilige Anwendung am besten geeignete Verfahren zu wählen. Die neue Version der Softwarebibliothek erlaubt es außerdem, individuelle Anpassungen vorzunehmen, beispielsweise die Anschlussbelegung des Mikrocontrollers. Ein Anwendungsbeispiel auf Basis des Betriebssystems FreeRTOS ist ebenfalls enthalten.

Das Starter-Kit STM3210B-MCKIT enthält eine Motorregler-Platine, eine Prozessorplatine, einen kollektorlosen Drehstrommotor, Softwarebibliotheken sowie Entwicklungs- und Debugging-Tools. Das Kit sorgt für eine Verkürzung der Markteinführungszeit, denn es gibt Entwicklern die Möglichkeit, das während der Evaluierungsphase Gelernte in die spätere Applikation zu übernehmen.

Elektromotoren, die nach dem konventionellen Ein/Aus-Prinzip angesteuert werden, verbrauchen weltweit 50 Prozent der elektrischen Energie. Intelligente Antriebe würden hier eine Senkung des Energiebedarfs ermöglichen. Sie bringen jedoch komplexe Design-Herausforderungen mit sich und erforderten in der Vergangenheit stets den Einsatz teurer Prozessoren (z.B. DSPs). Die Mikrocontroller-Familie STM32 von ST und direkt verwendbare Firmwareblöcke für intelligente Antriebe helfen den Designern, diese Herausforderungen zu bewältigen.

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