出版書誌データベース

小型ロボットやパワー・アシスト装置の時代が来そうです．ブラシレス・モータは，既にEVカーや電動自転車，電動車いすなどに使われている精密な制御ができるモータです．
本書では，Arm Cortex-M4マイコン(72MHz)を用いて，ブラシレス・モータを制御します．制御の種類は，矩形波駆動，正弦波駆動，ベクトル制御と多彩であり，ビギナからベテランまで，技量にあった制御を学べます．
特に今までの専門書と異なる点は，動作説明を数式に頼らずに，直感的に理解できるよう，図と実験波形を多用しています．

制御を体験するのためのキットを5,500円(税抜き)で準備しています．キット内容は以下です．
・DCブラシレス・モータ(ドローン用)
・32ビット・マイコン基板
・モータ・ドライバ基板
・ホール・センサ基板
・その他配線

本書は月刊誌Interface 2017 年5月号〜2019年3月号に掲載した連載 「小型でなめらか今どきモータ「DC ブラシレス」3大制御制覇!」を加筆・修正したものです．

★　目次

☆第1部　モータ&モータ駆動の基礎知識

●第1章　モータの種類
モータとは
直流モータ
交流/直流両用モータ
交流モータ
ステッピング・モータ
静電モータ
超音波モータ

●第2章　DCブラシレス・モータを勧める理由
理由1…種類が多く個人でも買える
理由2…エネルギー効率が良く高トルクで静か
理由3…エネルギー・ロスの少ないベクトル制御で回せる

●第3章　DCブラシレス・モータの特性
3種類のモータの特性
DCブラシレス・モータの特性
小型/大型向け特性の違い
PWM駆動

●第4章　DCブラシレス・モータの駆動回路
インバータ
PWMインバータ
3相インバータ駆動

●第5章　DCブラシレス・モータの3大駆動方式
制御その1…矩形波駆動アルゴリズム
制御その2…正弦波駆動アルゴリズム
制御その3…空間ベクトル駆動アルゴリズム
コラム　電気角と機械角

●第6章　モータ駆動にSTM32Fマイコンを選んだ理由
マイコンからモータを回す
マイコンで制御する際の基本構成
特に言っておきたいこと…PWM波形の生成
STM32F…マイコンを勧める理由

☆第2部　実験準備

●第1章　モータ制御体験キットのハードウェア
P-NUCLEO-IHM001の中身その1…マイコン基板
中身その2…モータ・ドライバ基板
中身その3…DCブラシレス・モータ
コラム　参考までに…もっと大電流を流せるドライバ基板もある

●第2章　ソフトウェア開発環境 mbed
ちょっと上を目指すなら…ST-LINK/V2-1をデバッガとして使う
プログラムの書き込みツールST-LINK…Utiliy

●第3章　ホール・センサ基板の組み立て

●第4章　ホール・センサ基板の位置調整

●第5章　少しだけ回してみる
最初に知っておいて欲しいこと…矩形波は正弦波の集合体
ステップ1…駆動の矩形波を観測
ステップ2…モータを回してみる
コラム　PWMでLEDの調光に挑戦

☆第3部　ステップ1…矩形波駆動

●第1章　1番基本のセンサ付き制御
基本の「センサ付き矩形波駆動」で回してみる
DCブラシレス・モータの基礎知識
回転のメカニズム
制御周期と実際のモータ回転周期の関係
プログラム
モータ・ドライバ基板の端子配置
回してみる

●第2章　センサレス制御
基本方式「矩形波駆動」のおさらい
センサレス制御のメリット
外付けセンサなしでも磁極位置が分かるメカニズム
回してみる

●第3章　センサ付き/センサレス制御の特徴
比較1…無負荷最高回転数
比較2…モータ音の測定
比較3…駆動(=停止)トルクの測定

☆第4部　ステップ2…正弦波駆動

●第1章　算術三角関数による駆動
正弦波駆動とは
実験の課題
正弦波駆動アルゴリズムの実装
回してみる

●第2章　z変換による駆動
z変換による正弦波駆動アルゴリズム
プログラム
ソフト実装後の正弦波駆動DCブラシレス・モータ評価

☆第5部　ステップ3…ベクトル制御

●第1章　高効率駆動のメカニズム
紹介する高効率「ベクトル制御」とは
基本メカニズム
信号の流れ
プログラミングに欠かせない数式
コラム　ベクトル制御の世界ではDCブラシレス・モータを「永久磁石同期モータ」と呼ぶ

●第2章　効率がより高くなる「空間ベクトル駆動」
駆動波形を求める
プログラム

●第3章　ベクトル制御を図解してみる
図解
コラム1　ハイサイド&ローサイドのMOSFETがONして電流パスを作る
コラム2　3相のコイル電流をシンプルに制御するための「座標変換」

●第4章　センサレス正弦波駆動ベクトル制御の全体像
正弦波駆動によるベクトル制御を体験
プログラム

●第5章　プログラム詳細1…ロータの位置推定
ロータ位置推定の原理
プログラム

●第6章　プログラム詳細2…UVW→dq座標変換
ベクトル制御で座標変換を行う理由
座標変換のステップ
プログラム
dq変換をすこし掘り下げてみる
dq電流でモータが回る様子

●第7章　プログラム詳細3…PI制御
ベクトル制御におけるPI制御の位置づけ
プログラム

●第8章　プログラム詳細4…空間ベクトル駆動

●第9章　センサ付き制御を勧める理由
センサ付きベクトル制御が重要な理由
センサ付きとセンサレス制御の違いを整理する
モータ制御の基本
ホール・センサを使ったベクトル制御

●第10章　センサ付きベクトル制御移行前の滑らかモータ始動プログラム
全体像
各動作状態

●第11章　センサ付きベクトル制御による高速回転域の駆動
ちょっと復習…ベクトル制御の流れ
処理1：ホール・センサ・エッジを検出して駆動信号を生成
処理2：ロータ位置推定PLL制御
処理3：空間ベクトルPWM…駆動(SVPWM)

本書は月刊誌Interface2017年5月号～2019年3月号に掲載した連載「小型でなめらか今どきモータ「DCブラシレス」3大制御制覇!」を加筆・修正したものです．