トライアルシリーズ
STマイコンで始めるブラシレス・モータ制御
EVカー／ドローン／小型ロボ/パワー・アシスト装置
著：大黒 昭宜
内容紹介
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
★ 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．
ISBN：9784789848015
。出版社：CQ出版
。判型：B5
。ページ数：160ページ
。定価：2600円（本体）
。発行年月日：2020年08月
。発売日：2020年08月24日
。国際分類コード【Thema（シーマ）】 １：THRM。
