Texas Instruments Motorsteuerungs-Bibliothek mit Software-Encoder-Algorithmus

Für viele verschiedene Anwendungen eignet sich die Motorsteuerungs-Lösung »InstaSPIN-FOC« von Texas Instruments.
Für viele verschiedene Anwendungen eignet sich die Motorsteuerungs-Lösung »InstaSPIN-FOC« von Texas Instruments.

Sensorlose Regelung von Elektromotoren ist jetzt ohne wesentliche Parametrierung möglich: Texas Instruments (TI) bietet dafür eine Lösung auf Basis von Motorsteuerungs-IP, die im ROM eines TI-Mikrocontrollers der Serie »C2000 Piccolo« verankert ist.

»Um ein sensorloses Motorsteuerungs-System zu parametrieren und feinabzustimmen, haben Designer bislang Wochen, wenn nicht sogar Monate gebraucht«, erläutert Michael Seidl, Business Development Manager Embedded Processing Europe bei TI. »Mit der neuen »InstaSPIN-FOC«-Lösung dagegen benötigen sie weniger als fünf Minuten, um Dreiphasen-, Synchron- und Asynchronmotoren aller Art zu identifizieren, abzustimmen und umfassend zu steuern. Die Parametrierung erfolgt also fast automatisch.«

Bei »InstaSPIN-FOC« handelt es sich um eine Motorsteuerungs-Bibliothek, die im ROM-Speicher der 32-Bit-Mikrocontroller der Serie »C2000 Piccolo« von TI abgelegt ist. Zu »InstaSPIN-FOC« gehört der Software-Encoder-Algorithmus »FAST Observer« (Flux, Angle, Speed, Torque - Fluss, Winkel, Drehzahl, Drehmoment). Er schätzt den magnetischen Fluss sowie Rotorwinkel, Drehzahl und Drehmoment unter allen Einsatzbedingungen zuverlässig und robust ab. Die hohe Genauigkeit dieser Schätzfunktion macht in den meisten Fällen einen »realen« Drehgeber überflüssig.

Identifikation und Abstimmung erfolgen per Offline-Motorkommissionierung: Sie identifiziert die für den Motor erforderlichen elektrischen Parameter, stimmt den FAST-Algorithmus ab und initialisiert die Stromregler für einen stabilen Betrieb. Optional gibt es einen Online-Resistance-Re-Estimation-Modus, der etwaige Änderungen registriert und auch unter widrigen Einsatzbedingungen für eine robuste Observer-Leistung sorgt.

Die laut TI für andere sensorlose Techniken typischen Anlaufprobleme sind mit »InstaSPIN-FOC« dank integrierter Startbetriebsarten kein Problem. Bis zur Feststellung des Rotorwinkels vergeht weniger als ein elektrischer Zyklus. Auch bei niedriger Drehzahl ist die Lösung leistungsfähig, weil die Winkelinformation bei andauernd weniger als 1 Hz (typisch) mit vollem Drehmoment, bei Drehrichtungsumkehr und bei blockiertem Motor erhalten bleibt.

Es ist möglich, einen FOC-Drehmomentregler mit einfachem Funktionsaufruf (unterstützt einen oder zwei Motoren aus ein und demselben ROM) oder eine komplette Eigenentwicklung mit dem FAST-Algorithmus als Motorsensor zu implementieren, was Flexibilität bringt. Mit Induktionsmotoren ergibt sich eine erhebliche Energieersparnis durch den »PowerWarp«-Modus, der das Vergeuden von Energie vermeidet, wenn nicht jederzeit das volle Drehmoment bereitgestellt werden muss.

»InstaSPIN-FOC« ist zunächst in den mit 90 MHz getakteten 32-Bit-Gleitkomma-Mikrocontrollern der Serie »Piccolo F2806xF« zu Preisen ab 6,70 US-Dollar (ab 1000 Stück) verfügbar und wird in naher Zukunft in mehreren weiteren »Piccolo«-Mikrocontrollern erhältlich sein. Designer können neue »InstaSPIN-FOC«-Motordesigns mit dem für niedrige Spannungen und Ströme konzipierten Motor-Control-Kit DRV8312-69M-KIT für 299 US-Dollar, dem Niedervolt/Hochstrom-Motor-Control-Kit DRV8301-69M-KIT, ebenfalls für 299 US-Dollar, oder dem Hochspannungs-Motor-Control-Kit »TMDSHVMTRINSPIN« zum Preis von 699 US-Dollar beginnen. Designer, die bereits ein Motor-Control-Development-Kit von TI besitzen, können stattdessen für 99 US-Dollar die modulare, »InstaSPIN-FOC«-bestückte »Piccolo controlCARD« (TMDSCNCD28069MISO) erwerben.