UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE
Dipartimento di
Elettrotecnica, Elettronica e Informatica
Tesi di Laurea Triennale in
Ingegneria Elettronica Applicata
Realizzazione sperimentale di un
controllo vettoriale per motore
asincrono
Laureando
Relatore
Paolo FABRIS
Prof. Roberto MENIS
Anno accademico 2006 - 2007
SOMMARIO
Obiettivo
 Controllo ad orientamento di campo indiretto
 Simulazione
 Implementazione
 Conclusioni
 Sviluppi futuri

2/22
OBIETTIVO
Implementare un algoritmo di controllo
vettoriale ad orientamento di campo
indiretto (FOC) per un motore asincrono
sfruttando il microcontrollo HITACHI H8
3687
3/22
CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI
CAMPO INDIRETTO
Vantaggi
 Controllo
accurato e efficiente
 Elaborazione in tempo reale
 Controllo diretto della coppia e flusso
 Uso della CPU
 Portabilità Hardware
4/22
CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI
CAMPO INDIRETTO
Svantaggi
 Elevata

complessità computazionale:
Richiede CPU con prestazioni elevate
 Sensitività

Richiede modello accurato
 Presenza



parametrica
del sensore di velocità:
Difficoltà per migrazione da V/f a vettoriale
Affidabilità
Aumento dei costi
5/22
CONTROLLO AD ORIENTAMENTO DI
CAMPO INDIRETTO
Problema
 CPU HITACHI non è molto performante
 Sostituzione motore  variazione costanti
Soluzione
 Firmware scritto in assembly
 Si impostano alcuni parametri nel sorgente
MATALB (Lr, Rr, RPM, RMS, I, p) e si
ricavano tutte le costanti moltiplicative
6/22
SIMULAZIONE
Visualizza grandezze e variabili interne
Field Oriented Control
<teta1>
Coppia resistente
Zero resistance
torque
-KPU5
<error_f lux>
[MUX]
-KPU
Script MATLAB
Rappresentazione dati in 16-bit (Fixed-Point)
Simulazione look-up-table
Verifica formato grandezze e dati
0
-K-
<error_torque>
From1
PU1
<error_speed>
-K-
PU2
Step resistance Resistance torque
torque
selection
Zeoro speed
reference
[Te]
From2
[speed]
[Torque]
Goto
1500
error_torque
-K-
From3
Goto5
speed ref erence
-K-
From4
[RPM]
PU7
-K-
[Vab]
PU8
From5
-KPU6
-K[IaIb]
PU3
-K-
error_f lux
[MUX]
rad/s
Velocità di riferimento
Step speed Speed reference
reference
selection
[Torque]
From6
error_speed
wm
teta
Goto2
Tm
vA
A
vB
B
vC
C
m
Discrete,
Ts = 0.0002 s.
pow ergui
[IaIb]
[speed]
Goto6
From
Asynchronous Machine
Simulazione nel dominio del tempo discreto
?
+
v
-
[Vab]
More Info
Vab
Goto1
Scope2
Goto3
From7
[Te]
[RPM]
-KPU9
<Rotor speed (wm)>
Iab
FOC
<Electromagnetic torque Te (N*m)>
PU4
-K-
[RPM]
RPM
Goto4
Visualizza velocità e coppia
Scope1
7/22
SIMULAZIONE
Risposta a vuoto
Posizione flusso
Error di flusso
Errore di coppia
Errore di velocità
Tensione concatenata
Correnti di fase
8/22
SIMULAZIONE
Risposta a vuoto
Velocità di riferimento
Coppia resistente
9/22
SIMULAZIONE
Risposta a un gradino di coppia
10/22
SIMULAZIONE
Risposta a un gradino di velocità
11/22
SIMULAZIONE
Risposta gradino coppia/velocità
12/22
IMPLEMENTAZIONE
Clock 16MHz
Interrupt esterno
3KByte
Impulsi encoder
56KByte
Lettura direzione
RS232
PWM 3-fase
Convertitori ADC 10-bit
13/22
IMPLEMENTAZIONE
Timer Z
Overflow Flag
Dead Time
Underflow Flag
Registro di comparazione
Inizializzazione
14/22
IMPLEMENTAZIONE
Sorgenti scritti in C
Inizializzazion
e
alimentazione
Segnale di
reset
Reset
Configurazione periferiche e interrupt
Inizializzazione look-up-table e variabili interne
IRQ0
IRQ1
PWMInt
msg<=5
SI
NO
0  interrupt esterno
1, 2  saturazione ia e ib
3  interrupt PWM non valido
4, 5  T1 < 0 , T2 < 0
Disattivazione PWM
Visualizzazione messaggio di errore
Sleep
15/22
IMPLEMENTAZIONE
PWMInt()
Start
OVF=0
OVF==1
Si
No
Msg=3
UDF==1
No
Si
Lettura correnti
Msg=1,2
Sat
Si
No
FOC()
End
16/22
IMPLEMENTAZIONE
FOC() scritta in assembly
Start
Salva registri nello stack
Trasformata di Clarke
Trasformata di Park
1
ek
yref
uk
1
Kpi
2
Unit Delay
ulk
1
yfbk
z
Lettura velocità ref e segno
Lettura velocità di rotore
1
Saturation
elk
xi
-KKi
-KKcor
Regolatore PI di velocità
Calcolo della posizione angolare del flusso
Aggiornamento funzioni trigonometriche
PI iSq
PI iSd
Trasformata inversa di Park
17/22
IMPLEMENTAZIONE
Calcolo delle componenti di riferimento
Determinazione del settore
Percalcolo dei tempi d’applicazione
Assegnamento tempi in base al settore
T1+T2>Ts
Aggiustamento saturazione
Si
No
Assegnamento duty-cycle
Ripristino registri dallo stack
End
18/22
IMPLEMENTAZIONE
Debugging
Emulatore E7
Scheda di programmazione JTAG
Abimente di sviluppo “Hiatchi Embedde Workshop”
19/22
Workspace
IMPLEMENTAZIONE
Editor
Registri CPU
Aggiornamento registri
Indirizzi istruzioni
Breakpoint/PC
Indirizzi delle label
Informazioni di debugging
Informazioni sulle istruzioni
Valori variabili
Aggiornamento passo
Aggiornamento cicli di clock
20/22
CONCLUSIONI
Si può eseguire l’elaborazione in tempo reale
con CPU HITACHI H8 3687 (ottimizzando il
firmware in assembly)
 Buona dinamica di controllo del motore
asincrono
 Efficienza elevata nel processo di
conversione DC/AC (modulazione SVPWM
dell’inverter)

21/22
SVILUPPI FUTURI
Migrazione dell’algoritmo di controllo su CPU
HITACHI H8 a 16-bit /32-bit più performante
(compatibile con CPU precedenti
appartenenti alla serie H8 300H)
 Implementazione del firmware interamente in
C su CPU più performante
 Adattamento algoritmo per motore BLDC

22/22