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Starter-/Referenzkits

Mit hoher Drehzahl entwickeln – dank Starterkit

29. Oktober 2014, 13:57 Uhr | Von Steve Norman

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Automatische Motor-Parametrierung

Während sich die beiden anderen Unternehmen dafür entschieden, diesen Abschnitt manuell auszuführen, war einer der ausschlaggebenden Gründe bei Unternehmen C für die Auswahl des Renesas-Kits folgende Tatsache: Die Software enthält eine Reihe von leistungsfähigen Motor-Tuning-Funktionen, wie beispielsweise eine automatische Parameter-Ermittlung für die meisten bürstenlosen 3-Phasen-Permanentmagnet-Motoren sowie eine Auto-Tuning-Software für die PI-Stromfilter-Koeffizienten des Designs. Alle diese Funktionen sind in den MCU-Quellcode eingebettet und so ausgelegt, dass sie ohne zusätzliche Hardware unter Steuerung der PC-Benutzeroberfläche arbeiten können. Das Benutzer-Interface enthält sogar ein digitales Oszilloskop, so dass bis auf eine Steckdose keine externen Geräte nötig sind.

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Nach der Installation der benötigten Software konnte der Entwickler das Kit mit dem mitgelieferten Demo-Motor testen und unmittelbar mit den Entwicklungsarbeiten für den Motor des Kunden beginnen. Da der Motor mit Drehzahlen ab 200 min–1 laufen sollte, entschied sich der Entwickler für ein System mit drei Shunt-Widerständen, um die Auswirkungen der niedrigen Signalpegel zu begrenzen und einen stabilen Betrieb bei niedrigen Drehzahlen zu ermöglichen. Als Folge waren am Umrichter keine Änderungen erforderlich.

Nach Anschluss und Konfiguration der Steuerplatine für den externen Umrichter gemäß der Dokumentation schloss der Entwickler den Motor an und startete die Benutzeroberfläche auf dem PC-System (Bild 1).

Sobald die Konfigurations-Software die Verbindung mit der Steuerplatine aufgenommen hat, sind die Parameter-Abstimmfunktionen »Current PI Tuning« und »Motor Identification« (Bild 2) verfügbar. Nun kann mit der Software-Konfiguration zur Ansteuerung des Motors begonnen werden. Dazu steht über den Button »Oscilloscope« auch ein digitales Oszilloskop bereit. Im Fenster für die Parametereinstellungen (Bild 3) müssen noch einige Parameter verändert und hinzugefügt werden, bevor der Auto-Tuning-Vorgang beginnen kann.

Nach Ende dieses Vorgangs startet ein Klick auf »Current PI tuning (AUTO)« die automatische Berechnung der Proportional- und Integral-Koeffizienten für den PI-Strom-Steuerungsfilter. Dieser Vorgang dauert nur ein paar Sekunden. Die Ergebnisse werden in der Software gespeichert. An diesem Punkt kann man die dynamische Antwort auf der Basis dieser Koeffizienten per Hand mit dem Oszilloskop überprüfen und die Parameter bei Bedarf justieren oder neu abstimmen.

Als nächstes müssen der Stator-Widerstand des Motors, die Stator- und Synchron-Induktivität sowie der Permanentmagnet-Fluss gemessen werden. Auch hier ist lediglich auf den Button »Motor Identification« zu klicken und die Messung erfolgt automatisch. Nach Abschluss dieses Vorgangs kann das System den Motor ansteuern. Gesteuert von der Mikrocontroller-Platine dreht sich der Motor jetzt, so dass sich die Systemabstimmung fertigstellen und das System samt Motor unter Lastbedingungen überprüfen lässt. Abhängig von der Erfahrung des Entwicklers benötigt dieser Vorgang meist einige Zeit. Die Benutzeroberfläche sorgt für eine leichte Steuerung, Überwachung und Einstellung der System- und Motorparameter während des Betriebs. Bei Bedarf können die Wellenformen anhand der Oszilloskop-Funktion untersucht werden.

Mit Hilfe der Konfigurations-Software und der integrierten Mess-Software erhält man bereits wenige Minuten nach dem Hochfahren der Benutzerober-fläche einen laufenden, sensorlosen vektorgesteuerten Motor. Auch wenn die gesamten Entwicklungsarbeiten etwas länger dauerten, hatte der Entwicklungsingenieur dabei reichlich Zeit, um seine Demo rechtzeitig, unter Einhaltung der Spezifikation und im Kostenrahmen an den Kunden auszuliefern und so den Auftrag für seine Firma zu sichern.

Das beschriebene Beispiel orientiert sich an den Rotate-it!-Kits von Renesas Electronics für die Motorsteuerung, die es für die 32-bit-Mikrocontrollerfamilien RX100, RX200 und RX600 gibt. Die Kits gehören zur neuen Palette von Lösungs-Plattformen der nächsten Generation von Renesas Electronics. Sie folgen einem Konzept, das mehr bietet als nur ein kurzes »Time-to-Market«-Statement: Sie enthalten professionelle Software, Hardware-Referenzplattformen und eine Reihe von innovativen Funktionen und Werkzeugen, mit denen Entwickler effizient, wirtschaftlich und erfolgreich in den unterschiedlichsten Marktbereichen zu äußerst niedrigen Einstiegskosten arbeiten können.