28 agosto 2014

Diseño de aplicaciones de control de motores con microcontroladores



Los microcontroladores pueden utilizarse para control de motores y con ello conseguir todo tipo de aplicaciones. Podemos controlar motores de inducción, motores de corriente continua con o sin escobillas, motores síncronos de magnetismo permanente y motores por pasos.


Funciones del sistema de control de un motor

Las funciones del sistema de control de un motor son las siguientes:

Aislamiento digital - Protección y conmutación entre diferentes niveles de voltaje.
Controlador - Genera los modelos de conmutación apropiados para controlar el movimiento del motor basándose en información del perfil del movimiento y realimentación desde el host.
Gate Drivers - Generan el voltaje necesario y la corriente requerida para accionar los MOSFETS o IGBTs.
Estado de potencia - IGBTs o MOSFETS
Sensores - Circuitos analógicos que procesan/acondicionan la realimentación del motor para controlar par, velocidad o posición.
Pre-Driver:  Gate drivers, sensores y circuitería de protección integrada en un simple dispositivo o paquete que puede también incluir el control lógico.
Driver de motor integrado: Gate driver, FETs y circuitería de protección integrada en un simple dispositivo o paquete que puede también incluir lógica de control y circuitería sensorica.

Microcontrol en los motores de inducción

El núcleo de la industria son los motores de inducción, por lo que existen un gran número de microcontroladores disponibles.  Veamos algunas soluciones de TI para los motores de inducción.

DVRV8x Integrated Motor Drivers

La familia DRV8x de drivers de motor integrados permite a los fabricantes hacer girar fácilmente sus motores. Los drivers integrados proporcionan un mayor rendimiento y mejor protección con un pequeño circuito integrado que con soluciones discretas. Además, los drivers integrados son más simples y más fáciles de diseñar debido a que no requieren experiencia de diseño en controladores discretos.

Un tiempo más rápido para girar

TI ofrece un drive-stage integrado, sensor de corriente, lógica de control on-chip, interfaces de control simples, EVMs fáciles de usar y documentación de diseño.

Todos los drivers de motor de TI incluyen protección de acción rápida contra cortocircuitos, sobrecarga térmica y sub-voltaje.

TI tiene un amplio portfolio de drivers de motor con diferentes niveles de integración, opciones de interface de control múltiple y un amplio rango de clasificaciones de potencia.

Por ejemplo la familia DRV8x incluye tanto drivers como pre-drivers que soportan rangos de voltaje de 1,8 a 60 v y corriente de carga de hasta 60 A. Esta familia es capaz de accionar varios tipos de motor incluyendo DC con escobillas, DC sin escobillas, por pasos y otras cargas inductivas, tales como los solenoides y relés.

Drivers de motores por pasos bipolar

Sus características son:
  • N-canales MOSFETs externos.
  • Parámetros gate-driver ajustables.
  • Regulación de corriente altamente configurable adaptable e indexador micro-stepping on-chip.
  • Detección de stall con salida BEMF opcional.
  • Registro basado en la interface de gestión de SPI.
  • Diagnosis & protección integrada.
Beneficios
  • FETs externo produce excelente rendimiento térmico, y FETs de N-canales en el lado alto ahorra costes en el sistema.
  • Ajsute del rendimiento del gate driver a las necesidades de la aplicación.
  • Perfil de movimiento ultra-uniforme.
  • MCU es notificado y puede tomar acción correctiva en un evento de parada ya sea detección de parada interna o por el procesado de la salida BEMF opcional.
  • Interface de gestión simple y protección avanzada & diagnosis reducen la complejidad del diseño y permiten una fiabilidad más alta.

Controladores en tiempo real de 32 Bit
  • Existen tres familias MCU: Piccolo, Delfino y las series F28M3x.
  • Rendimiento entre 40 y 300 MHz.
  • MCUs de doble núcleo con coprocesador CLA.
  • Comunicaciones y aceleración math con acelerador VCU.
  • ARM Cortex - M3 y C28x dual-core
Control en tiempo real
  • Núcleo DSP optimizado con interrupción rápida.
  • Sistema de interrupción flexible.
  • Rendimiento ADC mejor en su clase.
  • Depuración en tiempo real.
  • PWMs de alta resolución robusto.
  • Interfaces de sensores.
  • Serial, CAN, LIN, USAB y ethernet.
  • Características de seguridad integradas.
Optimización del rendimiento del sistema total

  • Alto nivel de integración.
  • Control y supervisión.
  • Control en tiempo real de velocidad variable.
  • Dinámica mejor y control de transitorios.
  • Simulación, prototipaje y generación de código automático de MathWorks, VisSim y PowerSim.
  • Librerías de software para certificación de seguridad industrial tales como IEC60730.

Kits de la serie C de Tiva

Estos microcontroladores tienen gran memoria on-chip, gestión de potencia realzada y capacidades de control e I/O, MCUs están optimizados para las aplicaciones industriales requiriendo conectividad fiable, control del movimiento/motor preciso y supervisión remota. Algunas de las aplicaciones típicas  son la automatización de factoría, calefacción, ventilación, aire acondicionado y control de edificios...

Control del movimiento de precisión

Los microcontroladores tienen características tales como rendimiento determinístico e IP especialmente diseñado para control del movimiento avanzado simultáneo y conectividad en tiempo real. Estos microcontroladores incluyen hasta 16 canales completos de control para aplicaciones tales como puentes de inversores trifásicos.

Control de motores con seguridad Hercules TMS570

La familia de controladores TMS570 Hércules permite al cliente construir fácilmente aplicaciones de control de motores que cumplen estándares de seguridad específicos. Los dispositivos están disponibles hoy con hasta 220 MHz de rendimiento de punto flotante e incluyen un concepto de seguridad integrado.

Una amplia elección de periféricos de comunicaciones como Ethernet, CAN, USB, FlexRay y LIN, en combinación con un poderoso módulo de coprocesador (HET) high-end timer, hace a la familia flexible para aplicaciones de seguridad.

Controladores de trayectoria

Los controladores LM628 y LM629 son procesadores de control del movimiento de motores para uso con una variedad de motores servo DC y otros mecanismos servo. Las partes realizan las tareas computacionales en tiempo real intensivo requeridas para el control del movimiento digital de alto rendimiento y la interface de control de software del host es facilitado por una serie de comandos de alto nivel.
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