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マイコン (MCU) / プロセッサ

C2000 リアルタイム・マイコン – モーター制御

ソリューション

TI の非常に高度なソリューションとアプリケーション向けのリファレンス・デザインはモーター制御の迅速な開発と設計を可能にします。

ソフトウェア

センサ付き回転子とセンサレス回転子のために、基礎的なソフトウェア・ビルディング・ブロック、各種サンプル、高性能な包括的ソリューションを提供します。

ツールとリソース

低コストのモーター制御ハードウェアを使用して、評価を開始しましょう。シミュレーション・ツールとコード生成ツール、モーター制御に関する各種学習ツール、TI のソリューションに関するトレーニングを活用して、開発を強化することができます。

モーター制御アプリケーション 

電気自動車の充電
産業用ドライブ
家電製品
医療用ポンプ

電気自動車 (EV)

  • 牽引駆動
  • 建設と農業
  • 補助モーター
  • パワー・ステアリング
  • ドローン
  • 電動車両

産業用ドライブ

  • サーボ・ドライブ
  • AC ドライブとインバータ
  • CNC
  • ロボット
  • エレベータ
  • ドア制御
  • 繊維

家電製品

  • 換気扇
  • 小型家電製品
  • 冷却
  • 洗濯機
  • HVAC (エアコン)

モーター制御全般

  • コンプレッサ
  • 医療用ポンプ
  • 歯科用ツール
  • 園芸用器具と電動工具
  • フィットネス機器

市場をリードするモーター制御ソリューション

C2000 マイコンは、25 年以上にわたって、多様なアプリケーションのモーター制御に使用されてきました。  用途は主に 3 相の各種機器で、電力レベルは 100W 未満から数 MW の範囲です。 

  • アプリケーションで使用するモーターは一般的に可変周波数と可変負荷 (VVVF) の仕様
  • フィールド・オリエンテッド・コントロール (FOC) と他の高度な手法 
    • エネルギー効率を最大化
    • 最小限の電流で必要なトルクのみを生成 
    • ダイナミックな変動範囲の大きいシステムで最大の利点を実現
  • 可能な場合はいつでも、ソフトウェア・オブザーバを使用して機械式の回転子センサを置き換え、システム・コストの低減と信頼性の向上に結び付けることが可能
  • 最高性能のシステムでは、機械式の回転子センサを使用
FOC (フィールド・オリエンテッド・コントロール、磁界方向制御) の簡略化
 
  • センサまたはオブザーバを使用して、回転子の磁束ベクトルを検出
  • 固定子の磁束ベクトルの向き振幅を計算し、トルク生成の効率を最大化して、制御システムのトルク要件を満たす
  • 3 相インバータの PWM 制御を通じて固定子の磁束ベクトルを生成
磁界方向制御の図

C2000 の開発パス

C2000 のモーター制御で、2 種類の開発パスが利用できます。

DMC ライブラリ

DMC ライブラリは、モーター制御のエキスパートを支援する目的で長年にわたって製作されてきた、モーター制御用のソフトウェア構築ブロックで構成された包括的なセットです。  モーター制御エンジニアとしての経験のあるエンジニアの皆様が出発点として使用できるように、ハードウェア EVM (評価基板) でベースライン・システムのサンプルを提供します。

ごく最近まで、DMC ライブラリは、産業用ドライブ・アプリケーション固有の高度なソリューションを構築するためのベースラインとして使用されてきました。  現在、その役割を果たすツールは DesignDRIVE と呼ばれており、以下のコンポーネントで構成されています。

  • 高速電流ループ (1μs 未満でフィールド・オリエンテッド・コントロールを処理)
  • インバータ保護の手法
  • 複数の電流センシング・トポロジーの提示
  • 複数の回転子センサ規格に対応するインターフェイス
  • 産業用通信   

 

InstaSPIN™ モーター制御ソリューション

モーター制御の設計に関する経験があまり多くない場合も、性能の優れたシステムに容易にアクセスできるうえ、高度なモーター制御ソリューションを開発する際に発生する実際的な問題の多くが平易になります。InstaSPIN は以下のコンポーネントで構成されています。

  • モーター・パラメータの識別
  • セルフ・チューニングのセンサレス・オブザーバ
  • 事前計算に基づくトルク・コントローラのチューニング

DMC ライブラリ

InstaSPIN

お客様の専門知識に応じて活用できるビルディング・ブロック 専門知識を組み込み済み
開発パッケージ controlSUITE とモーター制御 SDK MotorWare と モーター制御 SDK
サポートされているデバイス 大半の C2000 デバイス InstaSPIN ライブラリを搭載した特定のデバイス
ソフトウェアの提供 ソースコードとライブラリ オンチップ ROM にライブラリとソース・コードを搭載
モーターのコミッショニング 付属しない モーター・パラメータおよびシステムの慣性の識別
センサレス・オブザーバ 各種モーター・タイプと手法に応じた複数のオブザーバ すべてのモーター・タイプに対応する単一の統合オブザーバ (FAST) 
オブザーバのチューニング 高難度、ユーザーによるチューニングが必要 自動、セルフ・チューニング
電流制御 ユーザーによるチューニング。DesignDRIVE の一部である高速電流ループ・オプション 初期に安定した自動チューニング。ユーザーによる調整またはカスタマイズが可能。
速度/位置制御 ユーザー調整による PI またはカスタマイズ ユーザー調整による PI (InstaSPIN-FOC) またはカスタマイズ
動作制御 基本機能、ユーザーによるカスタマイズ なし、ユーザーによるカスタマイズ

オブザーバの比較

センサレス・オブザーバは、センサレス FOC システムにとって非常に重要な機能です。

スライディング・モード・オブザーバ (SMO)

産業分野で非常に幅広く使用されている回転子の磁束推定ツールですが、実装には専門知識が必要なほか、実際的なシステムのシナリオでは多くの課題が発生します(起動、低速度、速度逆転、動作中の回転子など)。

 

拡張スライディング・モード・オブザーバ (eSMO)

安定性、性能、チューニングしやすさの改善を目的として開発されましたが、依然として同様の課題の多くが付きまといます。

FAST™ オブザーバ

業界で最高の性能を実現し、専門知識やチューニングは不要で、システムの実際の課題を解決するための機能や特長が利用できます。 FAST は、TI の InstaSPIN ソリューションの一部を担う特定の Piccolo デバイスのオンチップ ROM 内でのみ提供されます。

SMO DMC ライブラリ

eSMO DMC ライブラリ

FAST™ InstaSPIN-FOC

推定ツール・モーター・タイプ

同期

非突極型

同期

非突極型

非同期と同期

(突極型補正あり)

推定機能 標準

角度補償:用途は

フィルタの位相遅れ

トルク、磁束、角度、位相遅れなし

速度信号

高速角度補償

Rs オンラインによるモーターの温度センシング

動作中の回転子と同期

推定ツール・モーター・パラメータ データシートは不要 データシートは不要

オフライン・パラメータの識別

ランタイム監視

アナログ・フィードバック  Vbus、電流 2 ~ 3 Vbus、電流 2 ~ 3 Vbus、3 相電圧、電流 2 ~ 3
推定ツールのチューニング 非常に高難度 高難度 セルフ・チューニング
推定ツールの低速度性能 平均的 平均的 非常に良好で、1Hz 未満に対応
起動 開ループ、高難度 開ループ、高難度

非常に良好

1 回の電気的サイクルのうちに角度推定を収束

低速度閉ループ 最大 20Hz(標準) 10 ~ 20Hz(標準) 1Hz 未満に対応
動的特性 良い、チューニング作業が必要 良い、チューニング作業が必要 非常に良好
ゼロ速度時の性能 なし なし 非常に良好
PWM 機能 SVPWM SVPWM、デッドバンド付き デューティ 100% 時に SVPWM 過変調方式
電流制御のチューニング 専門知識が必要 専門知識が必要 セルフ・チューニング、調整可能
速度制御のチューニング 専門知識が必要 専門知識が必要 簡単に調整可能
磁界減衰において高速を実現 高難度 高難度。ただし、高磁界減衰で最高の性能を発揮 非常に良好。ただし、モーター・モデルの不具合発生時に磁界減衰が非常に大きくなると性能が低下