Embedded Software zur Motorregelung Embedded Software für Zero-Speed/High-Torque-Motorregelung

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STMicroelectronics Design and Aplication GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

STMicroelectronics hat den Softwarealgorithmus STM32 ZeST (Zero Speed Full Torque) vorgestellt, der für den Betrieb auf STM32-Mikrocontrollern vorgesehen ist und sensorlosen Motoren die Fähigkeit verleiht, im Stillstand das volle Drehmoment zu entwickeln. Der Algorithmus ebnet damit den Weg zu einer bisher nicht erreichbaren Laufruhe und Vorhersagbarkeit und steht Kunden bereits zur Verfügung.

In Anwendungen wie Elektrowerkzeugen, Rollläden, Waschmaschinen, Rasenmährobotern, Klimaanlagen und E-Bikes ist es notwendig, dass die Motoren in der richtigen Richtung mit maximalem Drehmoment anlaufen und/oder bei maximaler Last schnell auf Drehzahl kommen, wobei möglichst wenig Energie verbraucht werden soll. Herkömmliche sensorlose Antriebe, die ihre Rotorposition im Stillstand nicht erkennen können, werden diesen Anforderungen nicht gerecht. Um hier für Genauigkeit, hohe Effizienz und einen ordnungsgemäßen Betrieb zu sorgen, mussten in der Vergangenheit physische Positionsgeber installiert oder eine bestimmte Motorenbauart verwendet werden.

Mit dem neuen Softwarealgorithmus STM32 ZeST steht dagegen eine universell einsetzbare Lösung zur Verfügung, mit der sich Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) jeglicher Art auch im Stillstand optimal sensorlos ansteuern lassen. Um dies zu erreichen, arbeitet der STM32 ZeST Algorithmus nahtlos mit dem HSO-Algorithmus (High-Sensitivity Observer) zusammen, um den Motor im sensorlosen Modus anzusteuern. Da es sich hier um eine Embedded Software-Lösung handelt, ist weder zusätzliche Hardware noch besondere Peripherie im STM32-Mikrocontroller (MCU) erforderlich. Zur Gewährleistung einer effizienten Ansteuerung des Motors wird dessen Widerstand außerdem bei laufendem Betrieb geschätzt.

Bietet neben den geringeren Kosten noch weitere Vorteile

Mit den Softwarealgorithmen STM32 ZeST und HSO kann die Energieeffizienz von Anwendungen verbessert werden, indem hohe Spitzenströme während des Hochlaufens vermieden werden. Gegenüber Antrieben mit Halleffekt-Sensoren lässt sich zudem der Bauteileaufwand verringern und die Zuverlässigkeit verbessern. Außerdem wird die Geräuschentwicklung optimiert. Ein von ST eigens entwickeltes Demonstrationsmodell zeigt, wie ein sensorloser Antrieb hochlaufen und eine Last mit unterschiedlichen, teils sehr geringen Drehzahlen bewegen kann. Das mit einem E-Scooter-Rad bestückte Modell macht deutlich, dass der Motor stets in die gewünschte Richtung anläuft und die Last auch im Stillstand halten kann.

ST entwickelte unterstützende Hardware, um die Leistungsfähigkeit der Algorithmen STM32 ZeST und HSO zu evaluieren und den Start eigener Entwicklungen zu beschleunigen. Dazu gehört das Control Board B-G473E-ZEST1S, das PWM-Signale für das Power Board STEVAL-LVLP01 erzeugt. Letzteres wird zur Ansteuerung von Niederspannungs-Motoren geringer Leistung eingesetzt, wie sie im B-MOTOR-PMSMA-Kit von ST enthalten sind. Das Control Board wird über den neuen V2-Steckverbinder mit dem Power Board verbunden.

Unterstützung direkt von ST

ST bietet weitere umfangreiche Unterstützung bei der Entwicklung von Ansteuerschaltungen für beliebte Motortypen, um vielfältigen Anwendungen an. Somit können beispielsweise Vorgaben hinsichtlich der Energieeffizienz, Größe, Leistungsfähigkeit und der Kosten erfüllt werden. Die Mikrocontroller der STM32-Familie decken ein breites Performance-Spektrum ab, und viele der Bausteine enthalten nützliche Features wie den fortschrittlichen PWM-Timer von ST zum Ansteuern von Motoren. Sämtliche MCUs werden vom MCSDK (Motor-Control Software Development Kit) von ST unterstützt, das eine Motorregelungs-Firmwarebibliothek und als besonderes Konfigurations-Tool die Motor Control Workbench enthält. Beide werden mit dem STM32Cube-Entwicklungssystem und dem Projektkonfigurator STM32CubeMX verwendet.

Der HSO-Algorithmus ist im neuen Release des MCSDK (Version 6.2) enthalten. Eine Doppelantriebs-Lösung für MCUs der Reihe STM32 G4 ergänzt das neue MCSDK, das auch STM32-Mikrocontroller beispielsweise aus der besonders erschwinglichen STM32C0-Serie und der leistungsfähigen STM32H5-Familie unterstützt.

Weitere Informationen über STM32-Motorregelungen und die Möglichkeit zum Download des neuen MCSDK v6.2 einschließlich des HSO-Algorithmusfinden Sie hier.

Informationen über den Softwarealgorithmus STM32 ZeST.  (mr)

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