Software für Zero-Speed/High-Torque-Motorregelung

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Der Softwarealgorithmus STM32 ZeST (Zero Speed Full Torque) von STMicroelectronics ist für den Betrieb auf STM32-Mikrocontrollern vorgesehen und verleiht sensorlosen Motoren die Fähigkeit, im Stillstand das volle Drehmoment zu entwickeln. Der Algorithmus verbessert Laufruhe und Vorhersagbarkeit.



In 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. Sensorlose Antriebe, die ihre Rotorposition im Stillstand nicht erkennen können, werden diesen Anforderungen nicht gerecht. Dafür mussten physische Positionsgeber installiert oder eine bestimmte Motorenbauart verwendet werden.

Mit dem Softwarealgorithmus STM32 ZeST steht eine Lösung zur Verfügung, mit der sich Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) auch im Stillstand optimal sensorlos ansteuern lassen. Um das zu erreichen, arbeitet der STM32 ZeST Algorithmus mit dem HSO-Algorithmus (High-Sensitivity Observer) zusammen, um den Motor im sensorlosen Modus anzusteuern. Zur Gewährleistung einer effizienten Ansteuerung des Motors wird dessen Widerstand außerdem bei laufendem Betrieb geschätzt.

Mit den Softwarealgorithmen STM32 ZeST und HSO werden hohe Spitzenströme während des Hochlaufens vermieden. Gegenüber Antrieben mit Halleffekt-Sensoren lässt sich laut Anbieter der Bauteileaufwand verringern und die Geräuschentwicklung wird eingedämmt. Ein von ST 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.


Entwicklungsunterstützung

ST bietet Hardware an, um die Leistungsfähigkeit der Algorithmen STM32 ZeST und HSO zu evaluieren und Entwicklungen zu unterstützen. 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 V2-Steckverbinder mit dem Power Board verbunden.

Es gibt Unterstützung bei der Entwicklung von Ansteuerschaltungen für ausgewählte Motortypen. ST-MCUs werden vom MCSDK (Motor-Control Software Development Kit) von ST unterstützt, das eine Motorregelungs-Firmwarebibliothek und als Konfigurations-Tool die Motor Control Workbench enthält. Beide werden mit dem STM32Cube-Entwicklungssystem und dem Projektkonfigurator STM32CubeMX verwendet.

Der HSO-Algorithmus ist im Release des MCSDK Version 6.2 enthalten. Eine Doppelantriebs-Lösung für MCUs der Reihe STM32 G4 ergänzt das MCSDK, das STM32-Mikrocontroller unterstützt.

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