Řízení bezkartáčových motorů s deskou Raspberry Pi a Linuxem

Abstract

Bakalářská práce se zabývá řízením bezkartáčových synchronních motorů (PMSM) s deskou Raspberry Pi a Linuxem. K tomuto účelu je použita rozšiřující jednotka integrující část pro výkonové řízení a programovatelné hradlové pole (FPGA). V první části práce je popsána pro- blematika PMS motorů, včetně jejich matematického popisu, konstrukce a možností řízení. Následuje seznámení s použitým technickým vybavením, Raspberry Pi, rozšiřující jednotkou a motorem. Práce pokračuje popisem operačního systému GNU/Linux a jeho Real-Time modifikací. Pro komunikaci mezi rozšiřující jednotkou a nadřazeným sytémem je použit protokol SPI. Jeho implementace v rámci FPGA obvodu a Raspberry Pi je věnována další kapitola. Měření proudů protekajích fázemi vi- nutí je řešeno s využítím Hallova efektu. Takto získaná napětí jsou zpracována AD převodníkem. Ke čtení hodnot z AD převodníků je v FPGA obvodu navržen jednoduchý komunikační protokol. Poslední část práce se zabývá růz- nými možnostmi elektronické komutace. Implementována je komutace využíva- jící pouze výstupu z Hallových sond a jednoduchá komutace realizující po- sun fází o 120 . V samotném závěru je uvedena možnost vektorového řízení.

This bachelor thesis is focused on the control of permanent magnet synchronous motors (PMSM) with a single-board computer Raspberry Pi and Linux. For this purpose an ex- pansion unit which integrates power management and a field-programmable gate array (FPFA) is used. The first part of thesis deals with the- ory of PMSM, including their construc- tion, mathematical description and pos- sibilities of control. The presentation of the hardware used, Raspberry Pi, ex- pansion unit and motor takes place af- terwards. The thesis continues with a de- scription of the operating system GNU/Linux and its Real-Time modifi- cation. SPI protocol is used for communica- tion between the expansion unit and its superior system. Its implementation in FPGA and Raspberry Pi is described in next chapter. The solution, which takes advantage of Hall Effect, is used to measure cur- rents in stator windings. Voltages that are obtained this way are then pro- cessed with A/D converter. A simple communication protocol to read values from A/D converter is implemented in FPGA . The last part of the thesis examines multiple possibilities of electronic com- mutation. Commutation that utilizes only the output of Hall Effect sensors and simple commutation that carry out phase shift by 120 are implemented. The concept of vector control of PMSM is presented at the very end of the thesis.