Principio dei comandi*

Comandi dei controllori motori BLDC: principi e modalità di pilotaggio

I controllori motori garantiscono il pilotaggio preciso dei motori BLDC (Brushless DC) e PMSM (a magneti permanenti sincroni) convertendo l'energia continua (DC) proveniente da una batteria o da un'alimentazione (spesso 24 a 51,2 V) in segnali alternati (AC) sincronizzati con la posizione del rotore.

La qualità del pilotaggio dipende dal modo di comando utilizzato, dal tipo di feedback di posizione e dai parametri di regolazione scelti.

PWM – Modulazione di larghezza d'impulsi

La PWM (Pulse Width Modulation) è la base di ogni comando moderno.

Consiste nel tritare la tensione continua a una frequenza elevata (generalmente tra 10 e 20 kHz) per regolare la tensione media applicata alle fasi del motore.

Modulando la larghezza degli impulsi, si regola:

• La tensione media → quindi la velocità del motore,

• La corrente → quindi la coppia erogata.

Questo principio assicura un pilotaggio efficace limitando la corrente assorbita, migliorando così il rendimento e riducendo il riscaldamento.

Six-step / Trapezoidale: il comando semplice e robusto

Il modo six-step (o trapezoidale) è la forma più comune di pilotaggio per i motori BLDC semplici.

Il controllore alimenta successivamente le tre fasi del motore secondo sei combinazioni distribuite su una rotazione completa del rotore.

Questa commutazione avviene a partire da:

• Sensori Hall, che rilevano la posizione del rotore,

• Oppure, in versione sensorless, tramite la misurazione della forza contro-elettromotrice (back-EMF).

Vantaggi:

• Elettronica semplice ed economica,

• Risposta rapida, pochi calcoli necessari,

• Sufficiente per applicazioni a velocità costante.

Limiti:

• Coppia leggermente ondulata (vibrazioni a basso regime),

• Meno adatto a velocità molto basse o applicazioni di precisione.

FOC – Field Oriented Control (Comando vettoriale)

Il FOC, o comando vettoriale, è il metodo più avanzato per pilotare i motori BLDC/PMSM.

Consiste nel decomporre la corrente del motore in due componenti:

• Asse d: campo magnetico del rotore,

• Asse q: coppia motore.

Il controllore gestisce separatamente queste due correnti, il che consente una coppia perfettamente regolare e un miglior rendimento, anche a velocità variabile o con carico fluttuante.

Questa tecnica richiede:

• Un sensore di posizione (Hall, encoder, resolver)

• Oppure una stima sensorless tramite calcoli in tempo reale.

Vantaggi:

• Coppia fluida e silenziosa,

• Eccellente efficienza energetica,

• Controllo preciso della velocità e della coppia.

Svantaggi:

• Calcoli più complessi,

• Richiede un controllore più performante e una configurazione accurata.

Anelli di regolazione: velocità e coppia

I controllori moderni integrano diversi anelli di regolazione chiusi, generalmente di tipo PID (Proporzionale – Integrale – Derivativo):

• Anello di corrente (coppia): regola istantaneamente la forza prodotta dal motore.

• Anello di velocità: mantiene la rotazione desiderata indipendentemente dal carico.

• Anello di posizione (opzionale): utilizzato nei sistemi robotizzati o di automazione.

La configurazione del controllore consiste nel definire:

• I guadagni PID (reattività e stabilità),

• I limiti di corrente, coppia o velocità,

• Le rampe di accelerazione e frenata,

• E a volte i profili di movimento (rampa S, frenata controllata, mantenimento della posizione).

In sintesi

Conclusione

La scelta della modalità di comando dipende soprattutto dal livello di prestazioni ricercato:

• Per applicazioni semplici o robuste → Six-step è sufficiente.

• Per un controllo fluido, preciso ed ecoenergetico → FOC è necessario.

In ogni caso, una buona messa a punto degli anelli di regolazione e una configurazione adeguata garantiscono un funzionamento stabile, performante e duraturo del motore.

*: Le informazioni tecniche presentate in questo articolo sono fornite a titolo indicativo. Non sostituiscono le istruzioni ufficiali dei produttori. Prima di qualsiasi installazione, manipolazione o utilizzo, si prega di consultare la documentazione del prodotto e rispettare le istruzioni di sicurezza. Il sito Torque.works non può essere ritenuto responsabile di un uso improprio o di un'interpretazione errata delle informazioni fornite.