* 본자료는모터구동의한예제로만사용하십시오. 어플리케이션적용으로인한문제에대해서 는싱크웍스에서책임지지않습니다. 또한, 기술적인지원도할수없음을알려드립니다. * 본예제프로그램은 Texas Instruments(TI) 사에서 TMS320F28X 프로세서사용자들을대상으로공개한 Digital Motor Control Library를기초로만들어졌으며, SMC150 개발보드에적합하도록일부수정되었습니다. (Digital Motor Control Library 최신버전은 TI의 ControlSUITE를통해받아보실수있습니다.) *Revision 2012.07.30 (v1.5) Incremental Encoder 를이용한 3 상 PMSM 의속도 / 위치제어 [1] page
*Revision History 날짜 내용 12. 01. 12. - V1.0 / 초판 12. 07. 30. - V1.5 / CCS V5용예제프로젝트추가, TMS320F28069용예제추가 [2] page
목차 1 SMC150 개발보드환경설정... 4 1.1 SMC150 개발보드에 PMSM 연결하기... 5 1.2 PMSM 사양및정격 / 성능... 6 1.3 전원공급예... 7 1.4 PWM 출력및 TRIP 제어용점퍼핀-헤더설정 (JP3000)... 8 2 예제실습... 10 2.1 예제디렉터리색인... 10 2.2 예제구성... 12 2.3 실습따라하기 (BUILD LEVEL 1)... 13 2.4 실습따라하기 (BUILD LEVEL 2)... 16 2.5 실습따라하기 (BUILD LEVEL 3)... 19 2.6 실습따라하기 (BUILD LEVEL 4)... 22 2.7 실습따라하기 (BUILD LEVEL 5)... 24 2.8 실습따라하기 (BUILD LEVEL 6)... 27 3 실습끝내기절차... 29 [3] page
1 SMC150 개발보드환경설정 예제프로그램을실행하기위해아래의개발환경들이필요합니다. 1 SMC150 개발보드 (3상모터제어개발보드 ) 2 프로세서모듈 (TMS320F28335 초소형, TMS320F2808 초소형 ) 3 26W 3Phase PMSM (with 2,000C/T Incremental Encoder) 4 Code Composer Studio(v3.3 혹은그이상의버전 ) 가설치된 IBM 호환 PC 5 JTAG 에뮬레이터 (TDS510USB-C2K 혹은동종의 JTAG 에뮬레이터 ) 6 DC 전원공급기 (DC Power Supply) 1개 (DC +24V 공급이가능한제품 ) [ 그림 1-1] 예제프로그램실행을위한개발환경 [4] page
1.1 SMC150 개발보드에 PMSM 연결하기 SMC150 개발보드와함께판매되는 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM, BLAC) 는 26W 급의 3상제품이며, 2,000C/T의고-분해능엔코더를내장하고있습니다. 이 PMSM은아래의그림 1-2와같이 SMC150 개발보드의 CN5001 핀-헤더에연결할수있습니다. [ 그림 1-2] SMC150 개발보드와 PMSM 의연결 [5] page
1.2 PMSM 사양및정격 / 성능 SMC150 개발보드와함께판매되는 3 상 PMSM 은 2,000C/T 분해능의 Incremental Encoder(A/B/Z) 를내장하고있으며, 각신호및전원과 Lead-wire 색의관계는아래의그림 1-3 과같습니다. [ 그림 1-3] PMSM 커넥터정의 모터 사양 엔코더 사양 Motor Form. P.M. 8Poles, 3Ph. Y-Connect Rated Voltage DC 5V Voltage DC 24V Resolution 2,000 C/T Rated Current 2.9A Outputs A, B, Z(Index) Rated Power 26W Rated Speed 4,000RPM Rated Torque 0.062N.m {0.63kgf cm} Max. Torque 0.185N.m {1.89kgf cm} Stall Torque 0.062N.m {0.63kgf cm} No Load Speed 5,000RPM Rotor Moment of Inertia 0.004gf cm s 2 Mounting Flange Φ 22 Approximate Mass 190g No Operating Temp. Range -10 ~ +85 Operating Temp. Range 0 ~ +40 [ 표 1-1] SMC150 개발보드와함께판매되는 PMSM 의사양및정격 [6] page
1.3 전원공급예 [ 그림 1-4] SMC150 개발보드의전원공급예 주의 : 전력변환이나모터구동과같은어플리케이션은고 - 전압혹은 고-전류에노출되어있기쉽습니다. 이는부주의로인한사고발생시장비들을손상시킬뿐만아니라여러분에게도위험을줄수있습니다. 따라서실습을진행함에있어명시된절차를필히지켜주셔야합니다. 또한전류수치의확인및제한이용이한 DC 전원공급기의사용을권고드리며, 안전한실습을위해, 예제프로그램의실행을멈추기전, 반드시 DC-Link에공급된전원을차단해주십시오. (PSW4000 스위치사용 ) [7] page
1.4 PWM 출력및 Trip 제어용점퍼핀 - 헤더설정 (JP3000) SMC150 개발보드에탑재된 TMS320F28X 프로세서의 3.3V Level PWM 출력신호들은 Voltage Translator(SN74LVC4245A, U3000) 를거쳐, 5.0V Level로가공되고, 모터드라이버 IC(Smart Power Module, U4000) 로전달됩니다. 여기에사용된 Voltage Translator는 /OE 핀을가지고있어, 해당핀의제어에따라, 모터드라이버 IC로 PWM을전달 (Enable) 하거나혹은차단 (Disable) 할수있습니다. 또한, SMC150 개발보드에는 Texas Instruments사의 INA200(High-Side Measurement Current-Shunt Monitor with Open-Drain Comparator and Reference) 소자를이용한과-전류 Trip 회로가설계되어있습니다. 이회로는 DC-Link에흐르는전류가설정된수치 (1A) 를초과할경우, Trip 펄스를발생시키게됩니다. 이렇게발생된 Trip 펄스는 TMS320F28X 프로세서에전달되며, 동시에 JP3000 점퍼핀-헤더 (2.54mm 1x3) 를거쳐서, PWM 출력을모터드라이버 IC로전달하는 Voltage Translator의 /OE 핀에도전달되게됩니다. 즉, 모터제어중 DC-Link 에흐르는전류가설정된수치를초과하면, 과 - 전류 Trip 회로에의해 발생된 Trip 펄스가 TMS320F28X 프로세서의 PWM 출력을모터드라이버 IC 에전달하는 Voltage Translator 를 Disable 하도록설정할수있습니다. (Hard-Trip) 만약, 이 Trip 펄스가 Voltage Translator(SN74LVC4245A) 의 /OE 핀에직접전달되지않도록설정하면, TMS320F28X 프로세서가 Trip 펄스를감지하고, PWM 핀의상태를가장안정한상태로고정하거나범용입출력포트 (GPIO) 조작을통해 Voltage Translator를 Disable 하도록할수있습니다. (Soft Trip) 이런모든설정은 JP3000 점퍼핀 - 헤더 (2.54mm 1x3) 의조작에따라이루어지며, 제품과함께 제공되는 2P 점퍼로, PWM 출력을 Disable / Enable with Hard Trip / Enable with Soft Trip 의총 3 가지로제어할수있습니다. 예제실행을위해, 그림 1-5와표 1-2를참조하여, PWM 출력이모터드라이버 IC(Smart Power Module) 에전달될수있도록해주십시오. Hard Trip 동작과함께 PWM 출력을 Enable 할경우, SMC150 개발보드에설계된과-전류 Trip 회로출력에의해, 자동으로전류제한동작이이루어지며, Soft Trip을선택하면, 예제에의해소프트웨어적으로전류제한동작이이루어집니다. JP3000 핀 - 헤더를통해, PWM 출력이 Enable 되지않은경우, 예제를실행해도모터가돌아가 지않습니다. [8] page
[ 그림 1-5] JP3000 점퍼핀 - 헤더의위치및설정예 JP3000 핀 - 헤더 TMS320F28335 TMS320F2808 TMS320F28069 ( 어댑터를통해장착 ) 1 번핀과 - 전류 Trip 회로의출력펄스 2 번핀 Voltage Translator(SN74LVC4245A, U3000) 의 /OE 핀 3 번핀 GPIO14/-TZ3/ -XHOLD/SCITXDB/MCLKXB GPIO6/EPWM4A/ EPWMSYNCI/EPWMSYNCO GPIO42/EPWM8A/ -TZ1/COMP1OUT [ 표 1-2] JP3000 점퍼핀 - 헤더의정의 [9] page
2 예제실습 SMC150 개발보드의활용예제는, TMS320F28X 프로세서를이용하여, 3상 BLDCM이나 PMSM의토크, 속도, 위치등을제어해볼수있도록구성되어있으며, Texas Instruments(TI) 사의 Digital Motor Control Library를기초로, SMC150 개발보드에적합하도록일부수정한것입니다. BLDCM의경우 Hall-Effect Sensor가주는정보를토대로모터의속력을알아내고, 여기에 PI제어기를붙여서, 사용자가설정한속력을추종하는예제가제공되며, PMSM은 2,000C/T의고-분해능엔코더와벡터제어기법 (FOC) 을통해, 모터의토크, 속도, 위치등을제어 (PI) 해볼수있도록하는예제가제공되고있습니다. 추후에도사용자들의요구에맞춰, 다양한활용예제들이추가될예정입니다. - TI의최신예제및라이브러리는 TI 웹페이지가아닌 ControlSUITE( 클릭 ) 통해서받으실수있습니다. 2.1 예제디렉터리색인 [ 그림 2-1] PMSM Sensored Control 예제디렉터리색인 [10] page
그림 2-1 의 1 번과 2 번, 3 번경로는 TMS320F28335 초소형모듈사용자를위한예제프로젝트가 담겨있으며, PMSM_Sensored_V330 경로에는 CCS V3.3 용, PMSM_Sensored_V400 경로에는 CCS V4.2.X 용, PMSM_Sensored_V500 경로에는 CCS V5.2.X 용예제가준비되어있습니다. 4 번과 5 번, 6 번경로에는 TMS320F2808 초소형모듈사용자를위한예제프로젝트가담겨있으며, 앞의경우와마찬가지로 XXX_V330 은 CCS V3.3 용예제프로젝트이고, XXX_V400 은 CCS V4.2.X 용 예제프로젝트, XXX_V500 은 CCS V5.2.X 용예제프로젝트입니다. 7번과 8번경로에는전용어댑터를통해 SMC150 개발보드에장착되는 TMS320F28069 보급형모듈사용자용예제프로젝트가담겨있습니다. CCS 버전에따른경로구분은앞서의경우와동일합니다. 단, CCS V3.3의경우, TMS320F28069 프로세서를정식으로지원하지않기에 CCS V3.3용예제는제외되었습니다. ( C:\SyncWorks\TIDCS\... 이하의폴더에는예제실행에필요한 TI 제공칩-지원헤더및소스가위치하며, 그림 2-1에서는생략되어있습니다. 예제실행을위해반드시설치해야합니다.) [11] page
2.2 예제구성 SMC150 개발보드용 PMSM Sensored Control 예제는총 6단계의 Build Level로구분되어있으며, 각단계는아래와같습니다. Build Level 설정에따라, 그에적합한코드가 Compile 되도록구성되어있으며, Build Level 설정은예제프로그램의헤더 (PMSM_Sensored.h) 파일에정의되어있습니다. LEVEL 1 ( 모터를구동하지않는단계 ) 이단계는 SMC150 개발보드와모터를연결하지않고, TMS320F28X 프로세서에서 Space- Vector PWM 생성용 S/W 모듈을실행하여, PWM 출력이정상인지확인하는단계입니다. LEVEL 2 PMSM 을 Open-loop 로구동하면서, ADC 를통해 U 상과 V 상의전류가올바르게검출되는 지확인하는단계입니다. LEVEL 3 PMSM 을 Open-loop 로구동하면서, ADC 를통해검출된 U, V 상전류정보에 PI 제어모듈 을연결하고, 전류제어가올바르게되는지확인하는단계입니다. LEVEL 4 PMSM 을 Open-loop 로구동하면서, TMS320F28X 프로세서의 EQEP 모듈로엔코더로부터 의신호를해석하고, 올바르게위치정보를검출해내는지확인하는단계입니다. LEVEL 5 1~4까지의 Build Level에서확인한, 전류제어 Loop, 엔코더의위치정보등을기초로하여, PMSM을 Closed-loop로제어하는단계이며, Q축전류제어 Loop 외부에속도제어 PI 제어 Loop를추가하여, 사용자의속도지령을추종하도록합니다. LEVEL 6 Build Level 5와유사한 Closed-loop 단계이며, Q축전류제어 Loop 외부에속도 PI 제어 Loop 대신, 위치제어 Loop가구성되어있어, 모터의회전자가사용자의위치지령을추종하도록합니다. [12] page
2.3 실습따라하기 (Build Level 1) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL1 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL1 로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel1.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel1.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 는 OFF 위치에두고조작하지않습니다. [13] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (Build Level 1 에서는모터를 SMC150 개발보드와연결하지않습니다.) 10 Build Level 1 은 SMC150 개발보드와모터를연결하지않고, TMS320F28X 프로세서에서 Space-Vector PWM 생성용 S/W 모듈 (SVGEN_DQ) 을실행하여, PWM 출력이정상인지확 인하는단계입니다. 조작대상변수 SpeedRef, VqTesting 이단계에서는실제모터는구동하지않고, Open-loop Algorithm을실행하여, PWM 출력을관찰하는단계입니다. SpeedRef 변수를통해, 모터의회전속도를변경할수있으며, VqTesting 변수를통해, PWM의 Duty-ratio를증가시킬수있습니다. SpeedRef 변수는 -0.95 ~ +0.95 까지변경해볼수있으며, VqTesting 변수는 0.0 ~ +1.0 까 지변화시킬수있습니다. 주요관찰대상변수 없음이단계에서는모터를직접구동하지않고, Feedback 되는정보도없기에, 별도로관찰할변수들은없습니다. SMC150 개발보드의테스트홀을통해, 프로그램이구동되면서출력되는 PWM 출력과모터드라이버 IC를거쳐모터에전달될 U, V, W 상출력을계측장비로확인해보실수있습니다. [14] page
SMC150 개발보드와계측장비간의연결은반드시! 모든전원이 OFF 된상태에서이루어져야하며, 전원이인가된상태에서계측장비를 SMC150에연결할경우계측장비의측정포인터와개발보드사이에 Short로인해개발장비의소손이발생할수있으니주의를부탁드립니다. 11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 1 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, svgen_dq1.tb, svgen_dq1.tc, (svgen_dq1.ta - svgen_dq1.tb) 변수의이력을의미합니다. 1 3 2 4 12 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [15] page
2.4 실습따라하기 (Build Level 2) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL2 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL2 로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel2.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel2.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 ON 위치로조작합니다. [16] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (EnableFlag 변수가 1 이되면, 모터가회전을시작합니다.) 10 Build Level 2 는 PMSM 을 Open-loop 로구동하면서, ADC 를통해 U 상과 V 상의전류가올 바르게검출되는지확인하는단계입니다. 이어지는설명을참조하여 Watch Window 에 등록된변수들을관찰하고, 조작해봅니다. 조작대상변수 SpeedRef, VqTesting SpeedRef 변수값의변화에따라, RAMP_GEN 모듈이모터의회전자위치에해당되는시뮬레이션값을만들어내고, 이를기초로모터가 Open-loop로구동되게됩니다. VqTesting 변수를통해모터에전달되는에너지를조절할수있으며, 모터가회전함에따라그래프창을통해 U상, V상의전류가올바르게측정되는지확인할수있습니다. ( 본단계는모터회전자의위치를센서로관찰하지않고, 임의의시뮬레이션각도값을기초로모터를 Open-loop 구동하는단계입니다. 따라서, VqTesting 변수에의해모터에전달되는에너지가 SpeedRef 변수와 Ramp Generation 모듈에의해시뮬레이션되는회전자의회전속도를유지하기에부족할경우, 모터가회전을정지하며진동할수있습니다. 이때는 SpeedRef 변수값을낮춰주거나, VqTesting 변수의값을조금올려주고모터의회전자를회전방향으로살짝돌려주게되면, 모터의회전자가다시회전자계를따라돌아가게됩니다.) 주요관찰대상변수 ilg2_vdc1 구조체의내부변수들 ilg2_vdc1은 TMS320F28X 프로세서의 ADC를제어하는 S/W 모듈이며, U상과 V상의상- 전류와 DC-Link에인가된전압을검출하도록구성되어있습니다. 각채널에대한 Gain 조절변수 (ImeasXGain) 는 Q13 Format을이용하며, Offset 조절변수 (ImeasXOffset) 와측정된결과데이터저장용변수 (ImeasX) 는 Q15 Format을사용합니다. DC-Link 전압측정용변수들도 Gain 조절용변수는 Q13 Format, Offset 조절변수와결과저장용변수는 Q15 Format을사용합니다. (ilg2_vdc1이검출한 U상, V상전류정보는 Clarke Transform S/W 모듈의입력으로사용됩니다.) [17] page
11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 2 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, rg1.out, clarke1.as, clarke1.bs 변수의이력을의미합니다. 1 2 4 3 12 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [18] page
2.5 실습따라하기 (Build Level 3) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL3 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL3 으로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel3.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel3.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 ON 위치로조작합니다. [19] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (EnableFlag 변수가 1 이되면, 모터가회전을시작합니다.) 10 Build Level 3 은 PMSM 을 Open-loop 로구동하면서, ADC 를통해검출된 U, V 상전류정보 에 PI 제어모듈을연결하고, 전류제어가올바르게되는지확인하는단계입니다. 이어지 는설명을참조하여 Watch Window 에등록된변수들을관찰하고, 조작해봅니다. 조작대상변수 SpeedRef, IqRef SpeedRef 변수값의변화에따라, RAMP_GEN 모듈이모터의회전자위치에해당되는시뮬레이션값을만들어내고, 이를기초로모터가 Open-loop로구동되게됩니다. IqRef 변수를통해모터에전달되는에너지를조절할수있으며, IqRef와 Q축전류제어용 PI 제어모듈에의해지령전류를추종하도록제어가이루어집니다. 모터가회전함에따라그래프창을통해 U상전류가올바르게제어되는지확인할수있습니다. IqRef 값은 0.0 ~ +0.5까지의범위에서조작해주십시오. 해당범위이상의값으로조작될경우, SMC150 개발보드의과-전류 Trip 회로가동작하여, 모터드라이버 IC에전달되는 PWM 출력이차단될수있습니다. ( 본단계는모터회전자의위치를센서로관찰하지않고, 임의의시뮬레이션각도값을기초로모터를 Open-loop 구동하는단계입니다. 따라서, 회전축을손으로잡거나, 부하를연결하여, IqRef 변수와 PI 제어모듈에의해모터에전달되는에너지가 SpeedRef 변수와 Ramp Generation 모듈에의해시뮬레이션되는회전자의회전속도를유지하기에부족할경우, 모터가회전을정지하며진동할수있습니다. 회전자에걸린부하를제거하거나, 잡고있던손을때면, 모터의회전자가다시회전자계를따라돌아가게됩니다.) 주요관찰대상변수 ilg2_vdc1 구조체와 pid1_iq 구조체의내부변수들 ilg2_vdc1은 TMS320F28X 프로세서의 ADC를제어하는 S/W 모듈이며, U상과 V상의상- 전류와 DC-Link에인가된전압을검출하도록구성되어있습니다. 각채널에대한 Gain 조절변수 (ImeasXGain) 는 Q13 Format을이용하며, Offset 조절변수 (ImeasXOffset) 와측정된결과데이터저장용변수 (ImeasX) 는 Q15 Format을사용합니다. DC-Link 전압측정용변수들도 Gain 조절용변수는 Q13 Format, Offset 조절변수와결과저장용변수는 Q15 Format을사용합니다. (ilg2_vdc1이검출한 U상, V상전류정보는 Clarke Transform S/W 모듈의입력으로사용됩니다.) [20] page
pid1_iq는 IqRef 변수지령과 ilg2_vdc1이검출한 U, V상전류정보로산출된정보를 Clarke 토대로모터에전달될 Q축전류지령을제어하는 PI 제어용 S/W 모듈입니다. IQmath 헤더파일에서정의된 Global Q Format을기초로동작하며, Proportional Gain(Kp), Integral Gain(Ki), Derivative Gain(Kd) 외에 PI 제어기의적분값이필요이상으로누적됨을막아주는 (Anti-windup) Integral Correction Gain(Kc) 을설정할수있습니다. ( 예제에서 Derivative Gain을사용하지않기에, Derivative Output에대한연산코드는주석처리되어있습니다.) 11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 3 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, svgen_dq1.tb, rg1.out, clarke1.as 변수의이력을의미합니다. 1 3 2 4 12 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [21] page
2.6 실습따라하기 (Build Level 4) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL4 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL4 로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel4.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel4.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 ON 위치로조작합니다. [22] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (EnableFlag 변수가 1 이되면, 모터가회전을시작합니다.) 10 Build Level 4는 PMSM을 Open-loop로구동하면서, TMS320F28X 프로세서의 EQEP 모듈로엔코더로부터의신호를해석하고, 올바르게위치정보를검출해내는지확인하는단계입니다. 이어지는설명을참조하여 Watch Window에등록된변수들을관찰하고, 조작해봅니다. 조작대상변수 SpeedRef, IqRef SpeedRef, IqRef 변수의조작과그에대한설명은 Build Level 3 과동일합니다. 주요관찰대상변수 qep1 구조체의내부변수들 (Watch Window에등록 ) qep1을통해, TMS320F28X 프로세서의 EQEP 모듈이모터와연결된 Incremental Encoder 로부터전달되는펄스신호를해석하여산출해낸, 위치정보를확인하실수있습니다. ElecTheta는전기각을의미하며, MechTheta는실제회전축의기계각을의미합니다. 본예제에서사용된 PMSM은 8poles(4pole pair) 이므로, 기계각 1회전당전기각이 4회회전하게됩니다. ElecTheta 변수와 MechTheta 변수는모두 IQmath 헤더파일에서정의한 Global Q Format을이용합니다. (EQEP 모듈을통해 Encoder 신호를해석해내지만, 모터구동은여전히 Build Level 3단계와마찬가지로 Open-loop로이루어집니다.) 11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 4 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, clarke1.as, qep1.electheta, rg1.out 변수의이력을의미합니다. 1 3 2 4 12 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [23] page
2.7 실습따라하기 (Build Level 5) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL5 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL5 로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel5.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel5.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 ON 위치로조작합니다. [24] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (EnableFlag 변수가 1 이되면, 모터가회전을시작합니다.) 10 Build Level 5는 1~4까지의 Build Level에서확인한, 전류제어 Loop, 엔코더의위치정보등을기초로하여, PMSM을 Closed-loop로제어하는단계이며, Q축전류제어 Loop 외부에속도제어 PI 제어 Loop를추가하여, 사용자의속도지령을추종하도록합니다. 이어지는설명을참조하여 Watch Window에등록된변수들을관찰하고, 조작해봅니다. 조작대상변수 SpeedRef SpeedRef 변수를 -0.95 ~ +0.95의범위에서조작하여, 모터의회전속도를변화시켜볼수있습니다. SpeedRef 변수는속도제어용 PI 제어기의지령입력 (Reference) 으로사용되며, 이속도제어용 PI 제어기의출력은다시, Q축전류제어용 PI 제어기의지령입력으로이용됩니다. 결국, 사용자의 SpeedRef 변수조작에따라, Q축에전달되는전류가제어되며, 모터의회전속도가사용자의속도지령에추종하도록제어하게됩니다. 주요관찰대상변수 speed1 구조체와 pid1_spd 구조체의내부변수들 speed1을통해, 현재모터의회전속도정보를확인할수있습니다. qep1이 Encoder의펄스로부터해석한위치정보를토대로회전속도를산출하며, 사용자가정의한모터의 Base RPM에대한현속도의비율 (speed1.speed / IQmath 헤더의 Global Q Format 사용 ) 과이를 RPM 단위로환산한결과 (speed1.speedrpm) 를보여줍니다. 11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 5 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, speed1.electheta, pid1_spd.ref, pid1_spd.fdb 변수의이력을의미합니다. 1 3 2 4 [25] page
12 SpeedKp, SpeedKi, dlog.prescalar 변수를 Watch Window 에등록합니다. SpeedKp 변수는속력제어용 PI 제어기의 Proportional Gain을의미하며, SpeedKi는 Integral Gain을나타냅니다. 이값들을다르게설정한후, SpeedRef 변수를변경해보면, 달라진 Gain에따라지령속도를추종하는형태가달라짐을확인할수있습니다. (Watch Window에등록된 dlog.prescalar 변수의값을 500 으로변경하고, DLOG3 & DLOG4 Graph Window를 Auto Scale이아닌 Fixed Scale로설정하시면, 추종과정의속력변화 History를보다확실히확인하실수있습니다.) Autoscale OFF DC Value 0.5 Maximum Y-value 1 13 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [26] page
2.8 실습따라하기 (Build Level 6) 1 SMC150 개발보드에 DC+24V 의전원을공급하고, JTAG 에뮬레이터를통해, SMC150 개발 보드에장착된프로세서모듈과 PC 의 Code Composer Studio 를연결합니다. 2 SMC150 개발보드의 PSW1300 스위치를 ON 위치로조작하여, 전원을공급합니다. 단, DC-Link 전원공급을제어하는 PSW4000 스위치는켜지않습니다. ( 개발보드조작과관 련한세부내용은제품매뉴얼에서자세히확인하실수있습니다.) 3 Code Composer Studio 에서예제프로젝트를열고, PMSM_Sensored.h 파일에정의된 Build Level 이 LEVEL6 인지확인합니다. ( 다르다면 LEVEL6 으로수정합니다.) 4 예제프로젝트를 Build 하고, 프로세서모듈에 Output File 을 Load 합니다. 5 Reset CPU Restart Enable Real-time Mode Run(or Resume) 명령을실행합니다. 6 예제프로젝트가위치한경로에포함된이미지파일 (*.png) 을참조하여, Watch Window에관찰및조작할변수를등록하고, Graph Window를설정합니다. CCS V3.3용예제의경우 GraphProperties1.png, GraphProperties2.png 파일을참조하여직접 Graph Window를설정해야하며, CCS V4.2.X / CCS V5.2.X용예제는 Import 기능을통해미리설정된값들을불러들일수있도록 GraphProperties1.graphPorp, GraphProperties2.graphPorp 파일이포함되어있습니다. Watch Window에등록할변수들은 CCS V3.3용예제와 CCS V4.2.X용예제모두이미지파일로제공되는예시 (WatchWindow_BuildLevel6.png) 를참조하여직접변수들을등록해줘야합니다.) 단, CCS V5.2.X의경우는미리저장된등록대상변수들을 Watch Window(Expressions 탭 ) 에 Import 할수있습니다. WatchWindow_BuildLevel6.txt 파일을통해관찰대상변수들을한번에등록하십시오. Expression 탭의빈공간을마우스우측버튼으로클릭하면, 단축메뉴에서 Import 항목을찾을수있습니다. 7 Watch Window 와 Graph Window 모두 Continuous Refresh 옵션을활성화합니다. 8 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 ON 위치로조작합니다. [27] page
9 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 에서 1 로변경합니다. (EnableFlag 변수가 1 이되면, 모터가회전을시작합니다.) 10 Build Level 6은 Build Level 5와유사한 Closed-loop 단계이며, Q축전류제어 Loop 외부에속도 PI 제어 Loop 대신, 위치제어 Loop가구성되어있어, 모터의회전자가사용자의위치지령을추종하도록합니다. 이어지는설명을참조하여 Watch Window에등록된변수들을관찰하고, 조작해봅니다. 조작대상변수 PositionRef PositionRef 변수를 0.05 ~ +0.95의범위에서조작하여, 모터회전축의위치를제어해볼수있습니다. PositionRef 변수는위치제어용 PI 제어기의지령입력 (Reference) 으로사용되며, 이위치제어용 PI 제어기의출력은다시, Q축전류제어용 PI 제어기의지령입력으로이용됩니다. 결국, 사용자의 PositionRef 변수조작에따라, Q축에전달되는전류가제어되며, 모터회전축의위치가사용자의위치지령에추종하도록제어하게됩니다. 주요관찰대상변수 qep1 구조체와 pid1_pos 구조체의내부변수들 Build Level 6은이전의 Level 5와실습의진행및모터의회전특성관찰방법이유사하며, qep1.mechtheta 변수값을통해, 현재모터회전축위치를확인할수있고, pid1_pos 구조체의내부변수들을통해위치 PI 제어 Loop의동작을확인할수있습니다. 11 Graph Window 를통해서도주요변수들의변화이력을관찰할수있습니다. Build Level 6 에서는아래의그림과같은화면을확인하실수있으며, 1 번부터차례로 svgen_dq1.ta, speed1.electheta, pid1_pos.ref, pid1_pos.fdb 변수의이력을의미합니다. 1 3 2 4 12 3 장의실습끝내기절차를참조하여, 안전하게예제실행을종료합니다. [28] page
3 실습끝내기절차 1 Watch Window 에등록된 EnableFlag 변수를 0 으로변경합니다. ( 변경후모터가정지 하는것을확인합니다.) 2 SMC150 개발보드의 DC-Link 전원제어용스위치 (PSW4000) 를 OFF 위치로변경하여, 모터드라이버 IC 에공급되는전원을차단합니다. 3 Code Composer Studio 에서 Halt(or Suspend) 명령으로프로그램실행을멈추고, Realtime Mode 도해제합니다. 4 Code Composer Studio 를종료하고, SMC150 개발보드에공급된전원을차단합니다. 5 JTAG 에뮬레이터와프로세서모듈을분리합니다. [29] page