Last Update 2021/12/22
EVカー/ドローン/小型ロボ/パワー・アシスト装置
STマイコンで始めるブラシレス・モータ制御
B5判 160ページ
定価2,860円(税込)
JAN9784789848015
2020年9月1日発行
好評発売中！
■見本PDF(4.53MB)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．
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．
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．