Regelung von BLDC Motoren und Synchronmaschinen

Aufbau eines BLDC-Motors

Raumzeiger

Raumzeiger: Sinus PWM

Ansteuerung der 3-Phasen-Brücke

Beispiel eines MOS-FET Treibers

Blockschaltbild: BLDC-Motor mit Leistungsstufe

Drei Halbbrücken müssen angesteuert werden!
Sind hierfür drei Regler notwendig?

Clarke Transformation

Blockschaltbild: Clarke Transformation ergänzt

Nur noch zwei Größen müssen geregelt werden!
Problem: beide Größen müssen ständig verändert werden!

Park Transformation

Vergleich Gleichstrommotor:

Rotation bzw. Drehfeld wird durch Kommutator "erzeugt".
Regler muss kein Drehfeld erzeugen!
→ Einfache Regelung von Gleichstrommotoren!

Blockschaltbild: Park Transformation ergänzt

Konstante d/q-Werte führen zu veränderlichen Strangwerten!

Regelung

Für die Regelung wird zunächst eine Sinustabelle benötigt (z.B 50 Werte / 180°)

Blockschaltbild: PI-Regler ergänzt

Prinzipieller Aufbau eines PI-Reglers:

void isr( void )
{
   static int e_q_int, e_d_int;
   q_ist = read ( Q_IST );   /* q-Istwert einlesen   */
   d_ist = read ( D_IST );   /* d-Istwert einlesen   */
   e_q = q_soll - q_ist;     /* q-Fehler berechnen   */
   e_d = d_soll - d_ist;     /* d-Fehler berechnen   */
   e_q_int = e_q_int + e_q;  /* q-Fehler integrieren */
   e_d_int = e_d_int + e_d;  /* d-Fehler integrieren */
   if ( e_q_int &gt; E_Q_INT_MAX ) e_q_int = E_Q_INT_MAX; /* e_q_int begrenzen */
   if ( e_q_int &lt; E_Q_INT_MIN ) e_q_int = E_Q_INT_MIN; /* e_q_int begrenzen */
   if ( e_d_int &gt; E_D_INT_MAX ) e_d_int = E_D_INT_MAX; /* e_d_int begrenzen */
   if ( e_d_int &lt; E_D_INT_MIN ) e_d_int = E_D_INT_MIN; /* e_d_int begrenzen */
   y_q = e_q * KP_Q + e_q_int * KI_Q; /* q-Stellgroesse berechnen */
   y_d = e_d * KP_D + e_d_int * KI_D; /* d-Stellgroesse berechnen */
   dq_to_pwm ( y_d, y_q );            /* PWM aktualisieren        */
}

void isr( void )

{

static int e_q_int, e_d_int;

q_ist = read ( Q_IST ); /* q-Istwert einlesen */

d_ist = read ( D_IST ); /* d-Istwert einlesen */

e_q = q_soll - q_ist; /* q-Fehler berechnen */

e_d = d_soll - d_ist; /* d-Fehler berechnen */

e_q_int = e_q_int + e_q; /* q-Fehler integrieren */

e_d_int = e_d_int + e_d; /* d-Fehler integrieren */

if ( e_q_int > E_Q_INT_MAX ) e_q_int = E_Q_INT_MAX; /* e_q_int begrenzen */

if ( e_q_int < E_Q_INT_MIN ) e_q_int = E_Q_INT_MIN; /* e_q_int begrenzen */

if ( e_d_int > E_D_INT_MAX ) e_d_int = E_D_INT_MAX; /* e_d_int begrenzen */

if ( e_d_int < E_D_INT_MIN ) e_d_int = E_D_INT_MIN; /* e_d_int begrenzen */

y_q = e_q * KP_Q + e_q_int * KI_Q; /* q-Stellgroesse berechnen */

y_d = e_d * KP_D + e_d_int * KI_D; /* d-Stellgroesse berechnen */

dq_to_pwm ( y_d, y_q ); /* PWM aktualisieren */

}

Blockschaltbild: Führungsgrößen ergänzt

Blockschaltbild: Strommessung ergänzt

Blockschaltbild: geschlossener Regelkreis

Blockschaltbild: Lageerkennung ergänzt

Prinzipieller Aufbau der Lageerkennung:

Blockschaltbild: PI-Drehzahlregler ergänzt

Blockschaltbild: Vollständiger feldorientierter Drehzahlregler

Eigene Projekte zu diesem Thema:

STM32-basierter Frequenzumrichter zur Ansteuerung einer Lichtmaschine:

Geberlose Raumzeigermodulation bei einem BLDC-Motor:

dsPIC33-basierter feldorientierter Regler:

9 thoughts on “Regelung von BLDC Motoren und Synchronmaschinen”

Frank on September 25, 2015 at 8:24 pm said:

Hallo Achim,

vielen Dank für die ausführliche Erklärung.

Darf ich ergänzen, dass es sich bei den gezeigten Transformationen korrekterweise um die inverse Park bzw inverse Clark Transformation handelt.

Bei einer Regelung, üblicherweise feldorientierte Regelung, wird die Clark- bzw Park-Transformation bei der Verarbeitung der Strangströme verwendet, um die Regelgrößen d und q zu erhalten und diese durch zwei "einfache" PI-Regler zu führen.

Viele Grüße

Frank

Reply ↓
- Achim Döbler on September 25, 2015 at 10:23 pm said:
  
  Hallo Frank, vielen Dank für Dein Feedback! Natürlich, du hast vollkommen Recht, in meinen Blockschaltbildern werden die Transformationen natürlich invers ausgeführt – ich werde das bei Gelegenheit korrigieren! Ich habe noch Unterlagen zur Regelung und werde diese ebenfalls ergänzen. Das Elegante der d/q – Transformationen ist meiner Meinung nach, dass man sich quasi mit dem Regler auf den Rotor “setzt” und dort das Drehmoment und die Erregung bequem regeln kann. Man wandelt ein statorfestes Koordinatensystem in ein rotorfestes. Arbeitest du in dem Bereich oder ist es auch dein Hobby? Gruß Achim
  
  Reply ↓
Tarek on October 1, 2015 at 11:49 am said:

hi 🙂 i like what you do 🙂 and i find it so usefull 🙂 is it possible to impliment this work on STM32F4O7VG ? and if yes can you tell me how and thank you 🙂

Reply ↓
- Achim Döbler on October 2, 2015 at 6:57 pm said:
  
  Hi Tarek, thanks for your comment! The STM32 has a floating point unit, therefore it is much easier to implement the d/q transform algorithm. I’ll try to post some example projects in a few days. Achim
  
  Reply ↓
Frank on October 2, 2015 at 6:27 pm said:

Hallo Achim,

die Motoren gehören zu meinem Job.

Die OLEDs sind für mein Hobbyprojekt.

Gruß

Frank

Reply ↓
Emil on January 12, 2016 at 1:47 pm said:

Hello,

Can you please share your code for dsPIC33 mcu ? If possible with schematic to drive the motor ?

Thank you in advance,

Emil

Reply ↓
Marecal on June 27, 2016 at 12:53 pm said:

Hello，Mr.Achim！

nice project！

I also want to make a controller for my EV,

would u like to share about the schematic and the programmer？

Looking forward your reply~!

Thank you ！

Marecal

Reply ↓
oleg on July 17, 2016 at 9:38 pm said:

beim bldc motor wird eine phase mit der betriebsspannung verbunden, eine mit der Masse und andere hängt in der Luft oder? Oben haben alle phasen immer einen definierten Zustand. (?)

Reply ↓
- Achim Döbler on August 6, 2017 at 6:56 pm said:
  
  Hi Oleg,
  
  nein, nicht ganz. Schau mal hier:
  
  http://embeddedlightning.com/bldc_motor/
  
  Gruß
  
  Achim
  
  Reply ↓

Embedded Lightning

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