牛卧堂MCU技术交流
标题: 15万转无感FOC: 高压风机水泵吸尘器,冰箱空调压缩机 [打印本页]
作者: Angus 时间: 2016-8-10 16:46
标题: 15万转无感FOC: 高压风机水泵吸尘器,冰箱空调压缩机
本帖最后由 Angus 于 2024-11-21 10:00 编辑
参考原理图
M451_FOC.pdf
(39.23 KB, 下载次数: 4217)
, 图中第三相驱动和前两相一样，省略, 省一页图纸。
M451无感FOC吸尘器在10万转时，电流钳测的电流波形
每个PWM周期的计算耗时小于20us。如果 PWM=30KHz/周期33us，转速就可跑到 15万转。
启转快，同步快，代码精简到8K
顺风启转，直接同步
让电流设定值突变，电流响应快、并且无超调
有感FOC的IAR工程代码:
M451_SVPWM.zip
(1.57 MB, 下载次数: 4740)
运行此代码,不接电机,在PWM0_0, PWM0_2, PWM0_4 引脚接 10K/1uF 阻容后就可测到如下波形
带详细中文注释的无感 FOC 代码
M451_FOC_V23_Nu-LVMDM.zip
(826.7 KB, 下载次数: 2327)
，量产后可开放 M4_SVPWM.lib。
1>,在 DQ 坐标轴做的磁链观测器。并充份利用了 M4 内核的 DSP 指令加快运算。
2>,有电流超前角控制，根据电机特性可实现 MTPA 控制或弱磁恒功率控制。
3>,三闭环控制，转速闭环外，有功率闭环控制，可精准控制功率值。
4>,有加速度控制，可方便实现慢加速，或快加速过程。
5>,积分分离法 PI 抗饱和运算。
6>,一个宏定义选择用 I/F 起转，还是V/F 起转。
每一行代码都反复检查和测试，我们精雕细琢，只为性能卓越
此代码效果的视频
M451_Video.zip
(32.33 MB, 下载次数: 269)
电机参数不同或电路不同时，代码修改说明
M451无感FOC 代码说明.pdf
(1.88 MB, 下载次数: 2062)
PWM 触发ADC中断代码流程: 读取电流 =>迭代运算、估算位置=>算三路PWM 占空比写入寄存器
过调制输出电压。 过调制可提高电压利用率
技术支持电话
新唐电子科技(上海)有限公司 021 - 62365999
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M451_FOC基本原理.pdf
1.73 MB, 下载次数: 3225
作者: Uwen 时间: 2016-11-30 17:03
hello:
读了一下程序，发现有几个值没整清楚。
Voltage_dc = 100000 ; // PWM 周期是 4000, 母线数值太大无意义
Voltage_q = 40000 ; // Vd,Vq 范围 -65535 ~ 65535
Voltage_d = 1000 ; // Vq,Vd 的模超母线的 0.577 倍波形会消顶
这几个值，如果电机不一样，输入电压有变化，怎么选择？有怎么样的算法？有例程吗？ 谢谢！！！
作者: Angus 时间: 2016-12-3 12:05
本帖最后由 Angus 于 2017-3-14 22:11 编辑
看一下 FOC 控制框图，系统控制的输入量是 Id,Iq 的设定值。Vd,Vq 是 PI 计算出来的理想值，再由 Vd,Vq算出 PWM 的占空比。
若想提高调节精度，一方面要增大 PWM 周期，PWM 周期为 4000 时，调节1，电压只调整了 1/4000。另一方面要提高由 Vd, Vq 计算 PWM 的精度。采用定点数，只能提高 Vd, Vq 的数值，而 Vd,Vq 的最大取值受限于母线的最大取值。
由此可见，母线数值选的越大，Vd,Vq 被允许的范围就越大，计算精度就越高。母线最大数值若超过 PWM 周期的四倍以上，电压的舍入误差已小于 PWM 所能达到的精度的 1/4，PWM 已无法完成如此精细的电压调节。
作者: rete0786 时间: 2017-3-14 13:32
哈哈，好东西，赞一个
作者: arm_nuedu 时间: 2017-7-27 20:39
PD->MODE = 0x00000400 ;
SYS->GPD_MFPL = SYS_GPD_MFPL_PD0MFP_UART0_RXD
| SYS_GPD_MFPL_PD1MFP_UART0_TXD ;
还有这个PD0 PD1,不是该0X0000 0004
作者: Angus 时间: 2017-7-27 21:46
代码中 PD->MODE = 0 ;
PD0 配置为 RXD 自动为输入，PD1 配置为 TXD 自动为 CMOS 输出, PD->MODE 的值已无效
作者: arm_nuedu 时间: 2017-7-28 11:48
哦哦，明白了，谢谢
作者: xiaoxiao2013 时间: 2018-11-20 13:57
请问，你启转那个图片是怎么启动的？是无感运行？看图上没有开环切闭环，是不是这样？你那个位置估算器是常用的，难实现这样的效果
作者: Angus 时间: 2020-5-29 14:09
本帖最后由 Angus 于 2020-5-29 14:12 编辑
电机中的三组线圈在圆周上呈120度安放，三相通电后，合成电压的方向可以是360度的任一方向，所以就用复数表示，Valpha + jVbeta
所以Valpha, Vbeta 是电压失量的实部和虚部，是计算的中间变量。
作者: 匿名 时间: 2022-1-10 21:39
调速旋钮刚好在最小启转值附近时，可能因数据抖动，造成启转、停转、启转、停转现像。为了防止这种现象，将调速旋钮值，做回差处理，如下图。
未转时，旋钮从0向上调，超过最小值的3/4, 到最小值之间，都算是最小值。
转动时，旅钮从上向下调，高于最小值的一半，到最小值之间，都算最小值。
未转时，旋钮调到3/4处，就会启转，这时，旋钮值上下抖动一点，转速设定值保持最小值不变。
实现代码，如下：
作者: a20084666 时间: 2022-1-15 14:40
最近出的都是干货
作者: Angus 时间: 2022-1-20 14:35
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:10 编辑
这里讲一下代码中的 PI 运算。
模拟 PID 运算公式 ：
去掉微分运算，再把公式离散化，公式变为：
采用增量式算法：
下面是转速 PI 运算的代码
代码 733 行：增量 = Kp*[本次误差 - 上次误差] + Ki * 本次误差
代码 734 行，temp32 = U(n-1) + 增量。
736~739行是抗饱和运算
741 ~ 742行，计算结果 temp32 做限幅后，再赋值给电流设定值变量 Is_set_f12
作者: Angus 时间: 2022-1-23 21:36
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 13:41 编辑
这里讲一下 Clark 变换
求 I_alpha, I_beta, 就是求电流向量的实部和虚部。A相在0度，B相在120度，C相在-120度，三个电流写成复数形式分别为
求三个电流的“失量和” 。 三相电流的“标量和=0“，即Ia+Ib+Ic = 0，这个不用求。
因为在下MOS 导通时测电流，显然下MOS导通时间长时,电流ADC 受PWM 开关影响就小，值相对准确一些。
如果 C 相下 MOS 导通时间短、就用 Ia 和 Ib 计算电流向量， Ic = -Ia-Ib 代入向量求和公式，得到
消去 Ia 或 Ib 的公式，请读者自己推导
等幅变换中电流向量若是 I, 则对应相电流峰值是 I*2/3。所以上式求出的电流向量，乘2/3后才与控制量对应, 这样公式就变成了
上式这个电流向量的模，正好与相电流的峰值，数值上相等。
下面来看代码，
181~189行，按扇区,选择下MOS导通时间长的两相, 求I_alpha, I_beta，为了减小计算误差先增加小数，数值乘8
191行，1/3 的开方=0.57735 =18919/32768, 所以乘18919再右移15位就是乘1/3的开方，右移小了3位，等于是把结果乘了8
执行完191行后，就求出了 I_alpha，I_beta 。接下来坐标变换求出了有3位小数的 Id 和 Iq 电流
作者: 匿名 时间: 2022-10-27 10:15
请楼主再给讲解一下变量标幺值，看不懂
作者: Angus 时间: 2022-10-27 21:48
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 14:00 编辑
电压的基准值是 0.1V。最大值是 16383，若超过此值, 乘4后大于等于65536做坐标旋转会溢出，即最大工作电压是 1638.3V。 在ADC中断里, 读出母线电压ADC值，就换计算出0.1V 的数值，然后赋给变量 V_BUS_0v1
具体代码如下： 母线电压，电路上是俩220K 串4K1电阻分压后到ADC 引脚，所以分压比 (220*2+4.1)/4.1, 12位ADC 参考电压是5V, 所以 ADC值换算成电压公式是：
电压 = 5V * ADC值 / 4096 再乘分压比(444.1/4.1)， 这个公式右边再乘10 就是0.1V数值，简化后 = ADC值*5416/4096 。代码中 355 行, 加1024是四舍五入，右移 11位是除 2048，少除了2后面补上。
把当前电压 ADC 值看作 X，
457行是求出了 2X。
458行是 2X + 2Y, 这是母线电压的4倍, 成了 25mV 的数值, 用25mV数值去做 SVPWM计算, 哪怕工作电压不到10V,也有足够的计算精度。最大电压 1638.3V 的数据乘4后得65532, 坐标变换也不会溢出。
459行是 (2X + 2Y)/4 = (X+Y)/2， 这是一阶低通滤波 Y(n) = [Y(n-1) + X(n)]/2。
SVPWM 能输出的无失真相电压，最大值是 0.577倍的母线电压，再大, 就是削顶的正弦电压了。 263行，选择一个相电压上限值。
265行, 增加17位小数后，赋值给 Vq_Limit_f17，Vd_Limit_f17 (后缀 _f17 表示17位小数) 用于电流PI 运算结果的上限值。 电流PI 运算结果有17位小数, 电压上限在这里先增加17 小数，比在PI 运算结果限幅时再增加17位小数，节省代码。
作者: Angus 时间: 2022-10-27 22:01
本帖最后由 Angus 于 2023-2-19 11:09 编辑
电流的基准是ADC 的值。一般电流ADC 数值较小，换算后会损失精度，所以不换算。ADC中断里，读出电流ADC 值乘 8 后再坐标旋转，求得 dq 轴电流赋给 Id_Measure_f3 ，Iq_Measure_f3 ，此处后缀 _f3，表示有 3 位小数。
在做电流PI 运算前，对直流量 Iq_Measure_f3 又做了一次滤波，并增加了一位小数赋值给 Iq_Meas_LPF_f4, 后缀 _f4 表示有 4位小数。
作者: 匿名 时间: 2022-10-28 15:00
十分感谢楼主解答，顺便请教一下这个代码有没有试过比较大的电感和电阻电机，如果一般冰箱压缩机的电阻有几欧姆到十几欧姆，电感几十到一百多mH，油烟机的风机电感和电阻也很大，惯量也大，可以试试效果。
作者: Angus 时间: 2022-10-28 21:26
本帖最后由 Angus 于 2022-10-29 12:44 编辑
下载代码后，不做改动，电感最大可到100mH，电阻最大可到500欧。
如果电感再大，可把电感除10后再赋值给Ld/Lq，然后把单位常量Unit_Magnify 也除10就可以。
目前我测试过的电机，电感最大的是220V的电机：50220/49220uH；电感最小的是航模电调用的一个小电机：11/9uH。
作者: 匿名 时间: 2022-10-29 20:00
谢谢！再请教一下，Angle_q是不是开环时候假定的转子Q轴角度，同步以后就是观测器算出来的真实转子Q轴角度？
作者: Angus 时间: 2022-10-29 20:57
是的。
另一角度看，Angle_q 总是是坐标旋转的角度。起转时软件控制角度，同步时用估算的角度。
作者: admin 时间: 2022-11-21 16:08
M451 可做 FOC + PFC 方案。 也可做 FOC + CAN通信 方案
七段式SVPWM 算法，一个PWM 周期有两次电流注入，所以电流频率是PWM 频率的两倍，PWM 频率若用10KHz（周期是 100us），电流频率主要是20KHz，所以噪音已比较小。
此M451 FOC 方案，PWM(ADC)中断耗时20us左右，所以另一组PWM 完全有时间做 PFC 控制。
我们推荐以下引脚配置， 同时留出CAN 通信引脚。PA2,PA3 可控制大功率 PFC 的主管和副管。
作者: Angus 时间: 2023-2-15 17:19
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 14:30 编辑
停转时一定关功率管吗？ 停转后可以去状态0关功率管，也可去状态5 保持小电流锁定状态。这个由宏定义 MOTOR_STOP_STATUS 配置。
状态2输出0电压，若 RPM_Set >= RPM_STOP_VALUE, 上三管保持关断 , 下仨 MOS 输出使能，七段式SVPWM下管只导通50% 时间，所以不会刹车，可以给自举电容充电。
main()开头，外设初始化时，进状态2 等50ms，就是给自举电容充电 50ms（RPM_Set 初值= RPM_Stop_Value -1）。
状态2 代码见下面截图：
1> 397行，若 RPM_Set >= RPM_Stop_Value 时，PWM->MSKEN = 0x15。就是关上MOS, 只下MOS 输出使能。 否则哪路输出使能由中断外决定。
状态5锁定后，检测转速设定值 RPM_Set 是否大于0（301行），转速设定值大于0才起转，否则保持锁定状态，代码截图如下：
作者: Angus 时间: 2023-2-16 09:27
本帖最后由 Angus 于 2023-2-21 10:16 编辑
此代码起转方式，是 I/F 起动，还是V/F 起动？
这两种起动方式可以在代码中选配，由宏定义 __DO_CURRENT_PI_WHILE_ACTIVE 配置。
若选配了起动过程中做电流PI，就是I/F 起动，起动时，在状态2给自举电容充电后，变状态5磁体先吸到某个位置（这里耗费较长时间），再变状态4控制起转过程。整个过程电流是受控制的，对保护控制器比较有利。
若未定义__DO_CURRENT_PI_WHILE_ACTIVE ，就是起动过程不做电流PI控制, 起动时，在状态2给自举电容充电后，变状态3控制起转过程，起动过程稍快，但不做电流控制，电流波动较大。所以起动电压不要太大，防止电流冲太高对功率管不利
作者: Angus 时间: 2023-2-19 12:36
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 14:33 编辑
PWM 频率 15KHz 以上，用五段式 SVPWM, 可降低功率管开关次数，减小功率管发热量。
若 PWM 频率较低，10KHz 以下，就用七段式 SVPWM ,可降低 PWM 频率开关噪音，因为电流通断频率是 PWM 频率的两倍。
函数 M4_SVPWM() 是按五段式计算出的、三对PWM 的不供电时间。在本例中，就是PWM 低电平时间，是两边低电平时间和。把三个指针返回值，除2后写入占空比寄存器即可。
如果要用七段式，低电平最短的那路PWM, 低电平时间 temp16 要减半，另两相低电平时间，也减去 temp16/2
返回值 Section 的低16位，是 T1+T2, 即最大导通相的高电平时间。所以 temp16 = PWM周期 - Section 就是：低电平时间最短那相的、低电平时间。
五段式变七段式，只要三个指针返回值，都再减 temp16/2 就可以了,代码如下。
返回值 Section 低16位是 T1+T2 未修正值，如果它超过周期值了，就不必减了。
作者: Angus 时间: 2023-2-21 22:23
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 14:36 编辑
Vd_out_f17, Vq_out_f17 是电流 PI 计算出来的，有可能它俩的模大于母线电压，再计算 SVPWM 时，就会出现 T1+T2 > PWM 周期的情况。这时会修正 T1+T2 = PWM 周期，输出电压就比 Vd_out_f17, Vq_out_f17 小了，这时若用Vd_out_f17, Vq_out_f17做位置估算，比实际输出电压值大，位置估算数值就出错了。
因此 SVPWM 若 T1+T2 > PWM 周期，就要修正 Vd_out_f17 = Vd_out_f17 * PWM 周期/(T1+T2), Vq_out_f17 = Vq_out_f17 * PWM 周期/(T1+T2)，如此 Vq/Vd 又等于实际输出电压了。
代码如下
在做 SVPWM 时，I_beta，I_alpha 二者已赋值去掉15位小数的电压值Vq_out_f17, Vd_out_f17, Section 的低16位是未修正的 T1+T2
把电压修正后，552,553行恢复小数位后，赋值给Vq_out_f17，Vd_out_f17
此处修正用的不是PWM 周期，而是 Pwm_Duty_Uplimit，因为这个值是计算 SVPWM 的上限，T1+T2 大于这个值，就会修正到这个值。
作者: Angus 时间: 2023-2-24 21:59
本帖最后由 Angus 于 2023-2-25 20:28 编辑
为什么 T1+T2 > Pwm_Duty_Uplimit 时，就要等比例减小T1,T2 呢， 这个上限本应该是 PWM 周期，为何可以比 PWM 周期小呢？
当 T1 + T2 = PWM 周期时，输出电压达到最大，电压向量就是下图中、最大的那个边长为（VDD*2/3）的六边形，这种情况，上管导通的占空比很大，下管导通时间很短。双电阻测电流方式，因不能轮换测电流相，可能会在某个时刻测不到电流，或因下管导通时间太短，测到的电流误差太大，影响角度估算。
在红蓝相输出电压最大时，红蓝相下管导通时间几乎=0。
如果 SVPWM 计算时，限制 T1+T2 最大= PWM*0.8，则输出电压向量的六边形大小，就减小到80%，限制了下管导通的时间 >= 20%. 这样在下管导通时测电流的时间就很宽裕了，当然，这样最大输出电压也低了一些。
作者: Angus 时间: 2023-3-2 22:00
本帖最后由 Angus 于 2023-3-3 16:00 编辑
观测器函数M451_FOC_Reckon()总在执行，只是在磁铁不转时，估算出的磁铁角度数值 Estimate_Q_Position 会大幅度跳动，数值是随机的。
电机转起来后，有了反电势，反正切估算出的角度Estimate_Q_Position 跳动幅度变小， 当数据跳动连续N 次小于某个值时(代码中可配置)，就认定磁铁角度估值准确，就是估算已收敛，变量Position_Explicit 变非0。但这时电磁场与磁铁的位置不一定是90度，可能大于90度，也可能小于90度。
起转时，电流强托，电磁场角度逐增 Angle_q += Pull_Ommega >>16;
估算收敛后，启转函数Adjust_Pull_Ommega() 中会加快、或减慢电磁场的转速Pull_Ommega，向永磁体垂直方向靠近, 同时返回磁铁垂直方向(Q轴)与当前电磁场的角度差Estimate_Q_Position - Angle_q，做为调整电流的依据。
作者: Angus 时间: 2023-3-20 22:19
从黄色估算角度的曲线来看，角度很快就收敛了。
启动10ms 左右角度就收敛了。这个图一大格200ms，只有开头的一点点时间，角度不准确，几乎看不出来。
作者: Angus 时间: 2023-3-30 11:36
本帖最后由 Angus 于 2023-3-31 21:58 编辑
这里讲一下电流 PI 参数的取值问题
电机可以看成一个电感串一个电阻，其拉氏变换是 1/(sL+R)， PI 控制的拉氏变换是 (Kp + Ki/s) , 这俩公式看不懂的，请去复习一下拉氏变换
电流的 PI 控制图如下，x是电流设定值，y是电机的实际电流。PI 控制的输出是电压V，电压加到电机(电阻+电感), 又调整了电流大小，控制的最终结果是 y=x 。因为有积分运算，所以只要 x-y >0, PI 运算的结果V 就会一直增加，所以电机电流y也一直增加，直到 y=x。
上图写成公式
公式化简
令 Ki = K*Kp, K是一个常数，公式变为
上式可变成 y 的二阶微分方程，求出 y 的解，用拉氏反变换的方法也可求出 y 的解。
当设定电流不变、即x=常数时，y 的解的形式是：
，
其中 x1,x2 是 S 的一元二次方程
的解。我们先不求解，讨论解的形式，比较简单。
S的一元二次方程有俩实数解时，y 的解中，e的指数是实数，y 的值指数变化(增加或衰减)趋于终值C0，没有振荡。
如果上述一元二次方程的解是复数，e的指数是复数，按欧拉公式，就是y的解是三角函数、乘e指数。y的解有三角函数，就是电流 y 有振荡。PI 控制效果、是振荡式趋于稳定值C0，这是我们不希望的。
上述S的二次方程有实根，必须满足：
上式可写成
，第二个括号内的值 >=0，就满足整个公式>=0。
从第二个括号内式子 4RKp - 4LkKp >=0 得出 R - LK >= 0，即 K <= R/L
所以，Ki 满足下式, 电流响应就不会有振荡：
这就是 Ki 取值的理论依据，实际上 PI 控制环路还有PWM 滞后一个周期等其它微小滞后因素，Ki 的这个临界值，比 R/L*Kp 还大一点，也就是只要Kp的取值不会引起振荡，Ki 取值 = R/L*Kp 也不会振荡。
作者: Angus 时间: 2023-4-10 11:00
本帖最后由 Angus 于 2023-4-10 13:27 编辑
Kp 如何取值呢？
楼上已推导出 Ki 取值 = RKp/L，我们重新推导楼上过程，
上式，是一阶低通滤波器的公式，低通的带宽(或转折频点)是
套用拉氏反变换公式，可求出冲激响应。或者把上式变成微分方程也可求出时域解为下式：
冲激响应的积分，是阶跃响应。对上式求积分，得到输入突变时的输出公式、和函数图形如下。
低通，除了用带宽描述，还有一种描述方法是: 阶跃上升时间，一般取“输出上升到1-1/e ”的时间，做为上升时间，如上图，t=L/Kp 时上升到 1-1/e。
电机的电流 PI 控制，电流上升时间一般取15个PWM周期以上，上升太快，输出容易振荡。
我们代码中的注释，建议取值 20~100个 PWM周期, 即低通带宽是 PWM 频率的 1/20~1/100
确定了低通带宽，就确定了Kp
这就是电流 PI 控制系数的计算方法。
作者: Angus 时间: 2023-4-11 11:22
本帖最后由 Angus 于 2023-4-11 11:26 编辑
前面推导可知，电流 PI 系数可按下式确定
L，R 是电机线圈的电感、电阻， N = 20~100
作者: Angus 时间: 2023-4-16 13:00
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:15 编辑
按前面所讲，令PWM 频率是 fp, 则比例系数 Kp = 2*3.14159*fp*L/N, N=20~100，为计算方便取值 10*3.14159=31.4159 ，变为 Kp = fp*L/5
推导 PI 系数，用的是标准单位，电压用伏特，电流用安培，电阻用欧姆，电感用亨利。 电流比例运算 V = Kp*I ，
M451 代码中，电流 PI 运算结果，是 0.1V 的数值再增17位小数的变量 Vq_out_f17，比例运算公式两边乘10* 2^17, 变为 （10*2^17）*V = （10*2^17*Kp) * I ，
电流用的是 ADC 值再增5位小数的数值 Iq_Meas_LPF_f5。假如电流采样电阻是 r, 运放倍数是A, 1安电流(5V参考电压,12bit)ADC值就是 Ar*4096/5。再增5位小数，就是再乘32。比例运算公式变成
（10*2^17）*V = （10*2^17*Kp) * I *( Ar*2^32/5)/ (Ar*2^32/5)，
等号左边是Vq_out_f17，等号右边下划线部分是 Iq_Meas_LPF_f4(的误差), 公式变成
Vq_out_f17 = （10*2^17*Kp) / (Ar*2^32/5) * Iq_Meas_LPF_f5 。
所以比例系数 Kp_Current =（10*2^17*Kp) / (Ar*2^32/5) = 50Kp/(Ar)
再代入Kp = fp*L/5，得出比比例系数 Kp_Current = 10fp*L/(Ar) , 这里L,r 用亨利/欧姆，或者毫亨/毫欧
积分系数 Ki_Current = Ki*T = Ki/fp = Kp*R/L/fp, 所以 Ki_Current = Kp_Current *R/L/fp = 10R/(Ar)， R是电机绕线电阻，r是电流采样电阻。
所以， M451 代码中，电流 PI 系数用以下公式求得：
A是运放倍数。 电机 L/R 和电流阻 r 用欧姆、亨利， 或者毫欧、毫亨。
上图 406 行求出电流误差，409行是用M4内核的饱和运算指令qadd加增量 ，即 Vq_out_f17 = Vq_out_f17 + I_beta ;
作者: 匿名 时间: 2023-4-25 11:58
标题: RE: 15万转无感弦波: 风机水泵吸尘器,航模电调压缩机
请楼主讲一讲，为何电压向量要乘2/3 ？
A 相接电源 BC 接地时，假如一相电阻是R, BC 相并联电阻是R/2，
所以 A 相分压是 VDD*2/3，BC 相分压是 VDD/3，
而 BC 相电压在 A 相方向的投影都是VDD/6, 如红色线。BC 相合成的向量是 VDD/3，
这样 ABC 相电压合成向量，应该是 A 相的 VDD*2/3 加 BC 相的 VDD/3，应 = VDD。
但所有资料里都说是 VDD*2/3 ？ 而且没有解释
作者: Angus 时间: 2023-4-29 21:00
本帖最后由 Angus 于 2023-5-3 22:00 编辑
前面乘 2/3 是等幅变换。等幅变换是电压向量的模、等于相电压幅值的变换。
以下是推导：
假如 A,B,C 三相电压依次滞后120度，相电压幅度都是U, 就是如下图形和三个公式
三相线圈，空间上的位置是：A相在0度，B相在120度，C相在 240度(或-120度)，所以三相电压的“向量和”就是下式
我们对此三相电压的向量和，化简一下
以上推导结果可知，三相电压的“相电压”幅度如果是U, 接到三相电机上，产生的电压向量：是模 U*3/2 的、均速转动的向量。
我们国家的三相电是220V, 有些国家的三相电是110V, 还有些国家用的是 240V,
假如你在国外见到一个用电器，用 ADC 测到某个时刻、此电器输入的三相电压的瞬时值是 ADC_a, ADC_b, ADC_c，此用电器接的电压是多少伏呢？显然只要求出此三个ADC 值的向量的模，然后再乘 2/3 就是三相电压的“相电压”幅值
所以，电机 FOC 控制，在求电压(或电流)向量时，乘系数 2/3 是等幅变换，求出的是方向不变、但 "模=相电压幅值" 的向量。
作者: 匿名 时间: 2023-5-11 22:26
作者: Angus 时间: 2023-5-29 21:03
本帖最后由 Angus 于 2023-6-1 09:15 编辑
以下起转函数，函数 Adjust_Pull_Ommega()可以重载，所以可直接用这个函数名，加到文件中
若有兴趣，可对此函数优化, 起转有很多方法
作者: 匿名 时间: 2023-6-7 21:43
角度很小时，角度值=正弦值=正切值，所以下图不求反正切，直接用 Vd/Vq 代替Theta_e 是否也可以？
作者: 匿名 时间: 2023-6-8 11:17
这部分调整思路本省就是有问题的，估算角度-实际角度，调整方法中很多地方用到了估算角度，前提条件是估算角度是准确可靠的，既然估算角度已经可靠了，还要什么if拖动？直接速度闭环启动不就行了？
作者: Angus 时间: 2023-6-8 17:25
本帖最后由 Angus 于 2023-9-4 09:59 编辑
能提出这个疑问，说明你用心思考了，先给你赞一个。
是“估计角度Estimate_Q_Position - 拖动角度Angle_q“
坐标变换函数用的 q 轴角度是 Angle_q，拖动时Angle_q 是代码控制值递增、没用估计角度，因为估计角度还不准。所以拖动时实际电流方向是Angle_q 。
拖动转起来后估计角度Estimate_Q_Position 慢慢准确了，即估算收敛了，但估计角度与 Angle_q 不一定重合，有个夹角，即:电流方向(Angle_q)与“磁铁垂直方向Estimate_Q_Position”有个夹角。
另外磁铁角度刚开始收敛时，估计位置若隐若现，角度时而准确、时而不准(角度数据跳动)，电流方向若立即使用估计角度，效果并不好， 逐步接近效果反而更好。
作者: Angus 时间: 2023-6-12 10:58
本帖最后由 Angus 于 2023-9-4 10:58 编辑
正弦值 < 弧度值 < 正切值。 角度很小时，三者的值差不多，可以约等于。
理论上，我们需要减小实际角度与估计角度的偏差，所以计算出角度偏差做反馈量，引入的计算误差最小。
用正切值 Vd/Vq 虽然也可以，但实际角度偏差稍大，就会引入较大计算误差。现在的单片机计算能力很强，不必为了省一点点微不足道的计算量而损失精度。
思路打开，还有一种算法，就是用d轴反电势 Ed 做为后面 PLL 的输入，省掉了除法运算，但缺点是相同的实际角度偏差，反馈量受转速影响。
反正切+PLL ，角度校正量只与角度差成正比，与转速无关。
作者: 匿名 时间: 2023-6-25 16:59
我用的M453板子，220V交流供电，采样电阻0.1欧姆，放大倍数5倍，由于驱动电路原因，PWM频率只能用7K左右，家用油烟机变频风机，电机相电阻20欧姆，Ld=50mH，Lq=50mH，电机是4对极，请教一下我怎么设置参数才可以初步转起来？
作者: Angus 时间: 2023-6-25 18:05
本帖最后由 Angus 于 2023-7-1 22:03 编辑
这个贴子里有个 “M451无感FOC_V23.03代码说明” 文件。你先根据这个文件，把PWM 输出极性，电感参数，电流ADC常数，最大工作电流，等等参数配置正确。
转速PI 参数可以先小一点（加速度会小一点,容易起转），电流PI 参数按注释方法计算出具体值。
起转电流可取最大值的1/3~1/2，起转加速度设置可以小一点。就可以试着起转了。
你还可以电话或邮件向新唐技术人员咨寻细节，或带着实物到新唐办公室调试起转。
作者: Angus 时间: 2023-7-2 23:11
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:46 编辑
为简化代码逻辑，无论电机是转是停，都会估算角度并做SVPWM 计算，只是停转时关了功率管，起转时不用估算的角度(因角度还不准确)
状态机变量Motor_Status 的不同值，标识电机停转、起转、同步，等等各个状态，控制代码的执行分支。
无论电机在转、还是停，函数M451_FOC_Rekon() 每个PWM 周期都在执行完成以下三件事：
1>，更新角度偏差Theta_e
2>，估算磁体角度Estimation_Q_Position, 并计算出角度增量做函数返回值
3>，初步判断估算是否收敛：角度偏差(PLL的输入)Theta_e 若连续多次较小，就认为角度已收敛，变量Position_Explicit 写成非0值；若角度偏差较大就 Motor_Status &= ~0x30 清零 bit4/5
起转时，何时切同步转动，除了估算角度收敛之外，一般还有其它条件，比如转速超过某个最小值，已转过一定角度等等。
作者: Angus 时间: 2023-7-26 16:08
本帖最后由 Angus 于 2023-7-26 17:33 编辑
今天让一个电机反复改变转动方向，测试快速起转是否顺畅。无霍尔 FOC 控制，能做到这么快的改变转动方向，效果不错。上视频
Reverse.zip
(2.96 MB, 下载次数: 554)
作者: Angus 时间: 2023-9-15 15:31
本帖最后由 Angus 于 2023-12-28 14:38 编辑
我们测试过10万转吸尘器，测试过220V大风机，测试过不均匀转动的活塞压缩泵，测试过48V汽车空调压缩机，验证我们的观测器和起转方法的通用性，测试都没问题。
作者: Angus 时间: 2023-10-3 21:30
本帖最后由 Angus 于 2023-10-29 18:00 编辑
M451无感FOC方案特性：
1，磁链估计，比电流估计精度好。
2，dq轴估计，比静态坐标轴估计误差小，因为Ld,Lq是常量，而ab轴的电感是随角度变化的，静轴估计理论上就有误差。
3，反正切输入PLL, 比Ea*sin+Eb*cos 输入PLL好，因为前者的值只与角度偏差有关，而后者的值还受转速影响。
4，定点数运算比浮点运算快。电机最小电感仍可10uH以下。我们测试了电感9uH 的吸尘器，起转很好。
5，M4内核有除法指令，更有“抗饱和累加“指令，写代码方便，运算速度快。
6，M451工作电压范围2.5~5.5V， 宽工作电压范围，抗干扰能力强。
作者: Angus 时间: 2023-10-27 17:00
M451无感FOC方案，测试飞行器螺旋桨的视频，示波器上可看到电流波形正弦度很好
电调测试.zip
(2.38 MB, 下载次数: 491)
如果不固定住，就要起飞了
作者: a20084666 时间: 2023-10-27 17:39
的确不错
作者: Angus 时间: 2023-11-26 17:17
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:21 编辑
这里讲一下短路保护代码。 逻辑关系有点绕，但工作可靠。
短路信号接到 PWM 的 Brake 功能引脚，短路时，PWM 输出立即关闭功率管、然后产生 Brake 中断。
进 Brake 中断后 811 行写标志，表明执行过Brake中断，用于中断外检查。
812 行写标志，表示关了功率管。如果干扰较强，可采用 BrakeCount 计数的方式，两次或三次 Brake 信号确定是短路了，就保持关功率管关闭。 如果硬件做的好(比如用IPM)短路信号没有干扰，一次 Brake 信号就有效。
清除 Brake 中断标志 PWM0->INTSTS1 后 PWM 的输出就会恢复，不清除 Brake 中断标志退出中断后又会反复进 Brake 中断，所以 816行关了 Brake 中断再返回 ，这样即可保持功率管关闭，又不会反复进 Brake 中断了。
Brake 中断里不能改写状态机 Motor_Status = 0, 因为Brake 中断优先级高，后续可能返回 ADC 中断又被改写，可能打乱 ADC 里的状态机。在中断外、主循环里有“是否发生 Brake ”的检查和后续处理，如下 297 行在这里，改写Mortor_Status =0 才是可靠的。296行把 Stop_Runing 相应位写1，后面检查此标志，RPM_Set 会一直赋值为停转值，不再起转。
以后，只要 Stop_Runing 不清0，406行都会把转速设定值 RPM_Set 写成 <=0 的停转值，Motor_Status 会保持在0、电机自由停转，不会再重新启转。
执行到 343 行时，检查短路是否已解除。 若短路保护已解除，即 Brake_No_Resume =0 了，这里清除 Brake 中断标志PWM0->INTSTS1 、恢复 PWM 输出，重新使能 Brake 中断。Stop_Runing 的短路标志也清除，但此时 Motor_Status=0，因在ADC 中断里有 PWM0->MSKEN = 0 ， PWM 引脚输出仍保持着关闭功率管。
功率管如果用的是 IPM , 短路时 Fo 输出几十 us 低脉冲，然后输出高。如果是15V 太低，Fo 会持续输出低，二者都会产生 Brake, 所以, 如果后续检测到是 15V 太低，不是短路，也解除短路保护。
如果没有其它错误，Stop_Runing=0, 后续转速设定值 RPM_Set 就可以正常赋值了。一切从新开始，由 RPM_Set 的值决定是否启转。
作者: Angus 时间: 2023-12-28 11:39
本帖最后由 Angus 于 2024-7-15 18:06 编辑
起转时，即可以线性加速，也可以指数加速。
线性加速的好处是，起转时，如果想让转速慢慢稳定增加，就采用线性加速。
起转开始时，位置不收敛，转速较低，执行63~64行代码，转速逐步增加。
转速低于上限时，64行是线性加速。63行，转速增加一个百分比，这是指数加速度。
然后83行Pull_Ommega_f16 去掉16位小数，加到“位置”角度值 Angle_q 上。
调用函数时，如果实参一用0值，63行转速增加百分比=0，就取消了指数加速，转速仅线性增加。
作者: a20084666 时间: 2024-1-2 14:07
上桥180欧姆的电阻，感觉很大
作者: Angus 时间: 2024-1-2 20:34
功率管栅极电阻，要根据功率管特性调整。开关慢了发热多，开关快了可能会振荡，发热也会多。
作者: Angus 时间: 2024-1-17 21:06
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 16:17 编辑
今天调试一个新板子，总结一下调试步骤：修改好电机Lq, Ld，绕线电阻RESISTER_COIL,以采样电阻及运放倍数CURRENT_Adc1000以后，核对以下事项
1，核对PWM, PWM024 驱动上MOS, PWM135 驱动下MOS。如果不是这样，代码改动稍大。
2，核对PWM 的输出极性，PWM 输出高时功率管导通，如果不是，在函数PWM_Init()中124~125行注释或放开反相函数。
3，核对电流运放的极性，电流流入电机时，运放输出电压增高。电流 ADC 的值为正。若正负反了，在ADC 中断里把Current_PWM01/PWM23/PWM45 数据取反。
4，核对电流 ADC 输入引脚与输出 PWM01/23/45 对应关系。
以上若没错，可以烧录代码，通电了。若转速旋钮=0，上电后在状态0，功率管关闭。这时可以在 ADC 中断代码中增加一个状态7（下面详述两处代码改动）。然后在仿真状态，依次写变量的值 Motor_Status=7, Angle_q=0，PWM->MSKEN=0(PWM输出), Id_set_f12 = CURRENT_Adc1000<<2 (电流值=1A）, 这个时候，Current_PWM01的值刚好是1A电流对应的ADC 值。
调试电路，代码如下稍做修改。
ADC 中断里，349 行这里是增加的状态7，什么都不用做，这个状态用于仿真状态直接变量的值
main.c 中主循环这里，333行，增加if(Motor_Status != 7)排除状态7，即状态7也是什么都不做。
CURRENT_Adc1000 = 0xB333, 此值相当于0.25A电流值，设定电流1A, 就是把 Iq_Set_f12写成其4倍的值 = 0x0002CCCC
如下图，10毫欧电阻放大5.6倍相当于56毫欧。
电流1A时，5V 参考源，12位ADC 值是： （1A*56毫欧/5000毫伏）*4096 = 45.875, 仿真看到 Current_PWM01 = 45,
如果Current_PWM01的值若比45小，可能是A相电流有振荡或ADC转换时间窗太短。不过，在0度时，代码中是用Current_PWM23/PWM45计算Ia,Ib的， 所以，只要Current_PWM23/PWM45的电流和=45电流控制就是对的，不影响控制。
输出电压 Vq_out_f17 =1441344，右移17位得0.1V的数值是 ： 1441344/131072 = 11, 即输出电压Vq是1.1V，电机电阻是1欧，这个电压值也是对的。
作者: Angus 时间: 2024-2-8 18:00
本帖最后由 Angus 于 2024-7-16 09:04 编辑
有这个宏定义是 I/F 起动，启转阶段从功率管开始工作，电流就在控制范围内。即使换一个型号的电机、电感电阻有较大变化，也不易烧功率管，这是优点。建议初学者先用这个方法试着让电机起转。
若把此句注释掉，就是 V/F 起转，好处是起转快。因起转阶段不做电流 PI 控制、电流波动大，所以需小心确定起转电压。若换个型号的电机、电感电阻参数差异较大，需调整起转电压，否则可能过流。
作者: 匿名 时间: 2024-2-23 14:39
楼主，每次都要采样母线电压的值吗？不太明白，母线电压不是固定不变的吗？请楼主解惑。另外，原理图对不上啊，能否分享一张实际的原理图，采样的是那个点，采样的是相线电压还是母线电压，谢谢！
作者: Angus 时间: 2024-2-23 18:44
如果是交流220V 整流得到的直流，有人为节省成本母线电容用的小，母线电压波动大，这时最好每次PWM 都测一次电压比较好。
此代码是三电阻或双电阻测电流，在PWM 计数起点测电流，即下MOS 导通中间。
我测试的板子，稍做了改动，只要测到母线电压和三相电流，就能转起来。ADC 引脚用哪个、就配置哪个就行。
作者: 匿名 时间: 2024-2-28 08:41
谢谢楼主。
作者: 匿名 时间: 2024-3-6 15:41
关于PARK变换，求出id,iq,我下载的代码如下：（无法发送图片，只能复制）
////===求Idq,前俩实参最大正负65535(可同时最大),否则计算溢出 ========
// *_I_alpha, 输入 I_alpha 返回 Id
// *_I_beta, 输入 I_beta 返回 Iq
// _q_Angle q 轴角度,[0 ~ 65536)表示[0~360)度
void Static_to_Dynamic(int32_t *_I_alpha, int32_t *_I_beta, int32_t _q_Angle)
{
int32_t C11, C21 ;
int32_t Ia = *_I_alpha, Ib = *_I_beta ;
C11 = _q_Angle ;
C21 = Get_cos(&C11) ;
// 65535*0x8000+16384= 0x7FFFC000
*_I_alpha = ((Ia*C11+16384)>>15)+((-Ib*C21+16384)>>15); // 65536 * 0x8000 = 0x80000000 溢出
*_I_beta = ((Ia*C21+16384)>>15)+ ((Ib*C11+16384)>>15); //-65536 *(-0x8000) = 0x80000000 溢出
} //-65535 *(-0x8000) = 0x7FFF8000
上面的的两个等式*_I_alpha和 *_I_beta =，和公式不一致，楼主能给讲讲吗？谢谢@
作者: Angus 时间: 2024-3-7 08:33
本帖最后由 Angus 于 2024-4-1 10:11 编辑
正余弦值 C11,C12,C21,C22有15位小数，所以Ia,Ib乘c11~C22后右移15位去掉小数, 加16384是四舍五入。
若不用浮点运算，整数除法，得到的只有整数的商和余数，比如 20~24 除10，=2.0~2.4， 商是整数部分2。25~29 除10，=2.5~2.9，商也是整数部分2，如何让整数部分是 3 呢？
整数运算没法加0.5，那就在被除数上，加除数的一半（等于加了0.5）。25~29, 加5后再除10 =3.0~3.4，整数部分刚好是3。而20~24 加5后除10 = 2.5~2.9，整数部分仍是 2。
也就是说，整数除法的四舍五入，是在除之前，先在被除数上加除数的一半，再做除法，结果就四舍五入了。
所以，右移15是除32768，四舍五入就在被除数上先加 16384。
作者: Angus 时间: 2024-3-24 11:16
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:28 编辑
在做位置估算时，要用到一个低通滤波器。低通带宽若太低，转速响应慢；若太高，起转时容易受干扰、同步慢。所以，可以启转成功后, 把带宽加倍，以加快转速的响应。
低通滤波器的带宽配置函数 Set_PWM_Frequency_LPF(72437760ul/gPWM_Period, 200); 参数一是数据采样频率, 即PWM 频率；参数二是低通滤波器的带宽“角频率”值 Ommega, 实参若用200，转折频点=200/3.14159/2 = 32Hz
此代码中，低通带宽在 main() 中配置后，未再配置。对于风机来说这样做没什么影响。
此低通带宽值在 ADC 中断里计算时用到，所以，可以在 ADC 中断里调用此函数、重新配置低通带宽。
作者: 匿名 时间: 2024-3-25 11:04
这里的低通滤波器，是为了得到一个比较平滑的反电动势是吗？能否详细讲讲。这个算法在启动和低速时和速度正常时的区别，以及如何切换的，谢谢！
作者: Angus 时间: 2024-3-26 09:07
我们是dq 轴估算，直接计算出 q 轴的电势，这个反电势直接与转速成正比。
刚启转时，电流容易受干扰 ADC 数据更容易跳动，计算出的反电势也会数据跳动，就是含有高频分量，由此计算出的转速值，也会有数据跳动。低通滤波，就是滤除数据跳动分量。实际机械转速几乎不跳动，就是频率较低，带宽较窄。
启转成功后，数据比较稳定，可以适当增大一点点带宽，加快转速响应，特别是转速会快速变化的应用。
作者: Angus 时间: 2024-4-1 12:40
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:30 编辑
电机公式是 V - Ri = Ldi/dt + E ; 位置估算输入的电压，一般先把电机绕线电阻的压降去掉，即先计算等式左边的 V-Ri
我们的代码是用电压的 25mV 数值计算的，可以保证电压不足10V的低压电机的计算精度。最大电压可到 1638.3V，380V 的电机也无需修改电压数据精度。
先计算 V- Ri， 187/188行是Vd/Vq电压的 25mV 数值。Ri 计算结果是 伏，就要乘 40 得 25mV 数值
R = 毫欧/1000 = RESISTER_COIL / 1000
i = 电流ADC值/1安电流的ADC 值
电流 Iq_Measure_f3，是电流ADC 值乘8的数值（乘8是为了后面位置估算提高精度），所以电流ADC值 = Iq_measure_f3/8
CURRENT_Adc1000 是1安电流的ADC值、再乘1000的数据，所以1安电流 ADC 值 = CURRENT_Adc1000 / 1000
所以电流 i = (Iq_Measure_f3/8) / (CURRENT_Adc1000/1000)
40*R*i = 40 * (RESISTER_COIL/1000）*【(Iq_Measure_f3/8) / (CURRENT_Adc1000/1000)】
上式简化后 40*Ri = 5*RESISTER_COIL * Iq_Measure_f3 / CURRENT_Adc1000
Iq_Measure_f3 有 15 位，如果电阻RESISTER_COIL 有17位，前面乘积就 32位了，就不能再乘5了，所以把乘5移到分母除5。
第208行代码本应除5，做四舍五入要加 2.5, 加不了小数，就变成加5除10。
作者: Angus 时间: 2024-4-17 17:12
本帖最后由 Angus 于 2024-4-17 22:11 编辑
新唐 M451 无感 FOC 是如何很快起转成功的？
无感 FOC 的起转，是先托动，就是电磁场吸引着转子永磁体转动。
刚开始，转子位置未知，用较大电流吸着磁铁转，所以磁铁跟得紧，电流方向与磁铁夹角小于90度，如下图。
转速稍快后，磁铁位置准确了。由于电流大转矩大，转速又慢，所以电流方向与转子夹角仍小于90度。若想让二者夹角到90度，有两个方法：
1>，加快电流转速。让电流方向，尽快转到 Q 轴位置——90度。 如果电流不减小，可能要转很多圈，电流方向才能赶上90度位置，切同步慢。
2>，减小电流降低转矩，永磁体转不动就会落后，直到落后电流方向 90度，就变同步转。 如果电流减太快、转矩降太快，重载时，还没变同步，就转不动而停转了。
所以，以上两个办法，同时使用，才能尽快变到同步转动。
这里再详细说一下电流加速度。
为了加快电流转速，我们采用了指数加速的方式。如下图
刚开始时，转速要慢，要让电流吸住磁铁转。转到磁铁位置准确了，就要尽快转到90度，这时指数加速，电流方向可很快转到90度
转速调整函数， Adjust_Pull_Ommega(Speed_Inc, PULL_Ommega_Inc_f16 , PULL_Ommega_Max_f16);
函数内这样实现
Pull_Ommega_f16 += Pull_Ommega_f16 * Speed_Inc >>14 ; // 指数加速
Pull_Ommega_f16 += PULL_Ommega_Inc_f16 ; // 线性加速
拖动刚开始，如果只想线性加速，可以让实参一 = 0，磁铁位置准确了，再用非0实参。
作者: Angus 时间: 2024-4-19 17:36
本帖最后由 Angus 于 2024-7-16 09:28 编辑
状态 4 起转流程图
锁定电流 CURRENT_MotorLock_f12 的取值：大小让重载时能转得动。
锁定时间 TIME_MotorLock 的取值： 反转最大角度时，能转到位。比如想逆时针转，电流在 12点锁定，此时磁铁若在8点会是最大反转角度，锁定时长要让磁铁转到12点差不多。先用电流半值驱动，是让轻载时减缓转速、减轻在 12 点左右的来回抖动。
线性加速度 PULL_Ommega_Inc_f16 的取值，重载起动时(起转较慢), 拖动最少的圈数能起转成功，一般两三圈, 或四五圈就能同步。
轻载时磁铁跟得紧，线性加速度若取值小，要到转速较高时、要转很多圈电流方向才能追上Q轴，就用指数加速度加快电流增速。逐步增加指数加速度值，让轻载能较快同步。
拖动转速上限 PULL_Ommega_Max_f16 ：比最小能同步的转速高一点。比如在500 rpm 以下无法同步转，则拖动转速上限可取值700rpm 以上。
拖动转速下限 PULL_Ommega_Min_f16 ： 一般比最小同步转速小一点。比如500rpm以下无法同步转动，则拖动转速下限可取值 300rpm以下。高于此转速才判断是否同步。
作者: Angus 时间: 2024-4-24 13:25
本帖最后由 Angus 于 2024-4-28 10:00 编辑
状态 4 起转波形
从上图可见，收敛速度很快，电流方向追赶估算角度的速度有点慢。若要加快起转，就要缩短这段时间。
作者: Angus 时间: 2024-4-26 23:03
本帖最后由 Angus 于 2024-4-27 11:00 编辑
24年4月26日以后更新的代码，完善了状态 3 起转。 下图可见，切同步较快。
压缩泵起转波形，50ms 内切同步，电流 PI 值可以稍大一点，以加快响应。
风机起转波形，0.2 秒切同步
作者: Angus 时间: 2024-5-30 11:33
高压电机控制的电源部分
作者: Angus 时间: 2024-5-30 11:35
高压电机控制的 AC/DC 部分。
作者: Angus 时间: 2024-5-30 12:31
高压电机控制的功率驱动部分。
R114 的阻值按保护电流选取，取值 75欧时，保护电流 10A
作者: Angus 时间: 2024-5-30 12:32
本帖最后由 Angus 于 2024-5-30 13:53 编辑
高压电机控制的 CPU 部分。
作者: Angus 时间: 2024-5-30 13:32
高压无感 FOC 代码执行后，用 PinView 查看引脚配置
作者: Angus 时间: 2024-6-2 17:07
本帖最后由 Angus 于 2024-6-3 18:06 编辑
用新唐 M451 做的一个 24V 的空气泵，无感 FOC 控制。
反复启动的视频
24V泵反复启动的视频.zip
(5.72 MB, 下载次数: 211)
示波器一大格是50ms, 可以看出，起动时间每次都不到 0.05秒。
作者: Angus 时间: 2024-7-1 11:00
本帖最后由 Angus 于 2024-7-15 13:35 编辑
积分饱和
假如输出电压最高时，电机达到最快的 5Krpm，电流稳定在3A。如果设定转速此时是 6Krpm, 转速误差仍有1K, 转速 PI 运算中的积分运算，仍会一次次增加电流设定值，一直加到控制器电流上限，假如是 20A 。
这时如果转速设定值突然变成 4Krpm，转速 PI 结果——设定电流，从20A慢慢往下降，在降到 3A 前，输出电压不会降，所以转速不会降、保持5Krpm。只有电流降到 3A 再降时，输出电压才开始降，转速也才开始从 5k 往下降。 转速控制会有一个长时间的滞后才反应过来。这就是积分饱和、造成的不良后果。
一个性能优良的电机控制代码，一定有积分抗饱和运算。
作者: Angus 时间: 2024-7-15 16:18
本帖最后由 Angus 于 2024-9-12 16:23 编辑
积分抗饱和的方法
网上查一下，有很多种抗积分饱和的方法，比如，积分分离法，输出限幅法，等等。
我们24年7月以后的代码，积分抗饱和方法是：每次做转速PI 前，检查若转速误差为负（表明指令要降速）并且输出饱和了，就让电流设定值=电流测量值，这样接下来的转速PI 计算结果，一定是降输出电压，也就是退出饱和，要降速了。
作者: Angus 时间: 2024-7-18 09:09
本帖最后由 Angus 于 2024-8-2 09:06 编辑
采用状态 3 起转，起转前不需要锁定
作者: Angus 时间: 2024-7-20 11:11
本帖最后由 Angus 于 2024-9-15 16:05 编辑
新唐M451 无感FOC 代码，做MTPA控制。
先介绍一下理论。文字中的符号, 要显示出来，必须单独上传图片，为了省事，我只好先写成 word 文件，再截成一个大图片上传了。
电流分量代入转矩公式，得
MTPA 控制就是给定电流Is，求角度等于多少时，转矩最大。求导=0得
解这个一元二次方程，得
不同Is对应的超前角可做一个折线。假如最大工作电流是32A，做8个点，4A一个点。算出N = 8*Is/32=Is/4 (取整)，则Is对应的超前角在点[ N], [N+1 ]之间，按下式做一个线性计算就可得到角度
M451的无感FOC 代码，起转时Id=0，起转成功能后，第277行代码，切同步前把超前角 Angle_Fai 写成 0，如果以后不再改这个超前角，就是 Id=0 控制。
若要做 MTPA 控制，就在 SysTick 中断里、转速 PI 运算得出 Is 后，再查表求出超前角 Angle_Fai就可以了，求 Iq,Id的代码已写好。
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M451做MTPA 控制.pdf
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作者: Angus 时间: 2024-8-2 09:00
观测器理论不错，起转效果也不错。PWM 中断只用了 20us 多点，MCU 还有很多算力可以利用，接下来是加上高频注入法呢，还是加上 PFC 功能呢 ？
高频注入法中的旋转电压法，可做到 0 速时测到磁铁位置，让电机像有感一样转动，听起来就不错。
冰箱，洗衣机，大风扇等 220V 的应用都需要 PFC 功能，并不在意起转时，反转一个小角度。一个芯片做成电机控制+PFC 是个很受欢迎的方案。
作者: Angus 时间: 2024-8-13 11:39
MTPA 控制就是用最小的电流，获得最大转矩 。为什么要获得最大转矩，基础理论是什么 ？
牛顿第二定律
力矩 = 半径 叉乘 力，
把 "质量与半径平方的积" 定义为转动惯量 J 后，转矩与角速率的关系，和牛顿第二定律一样，称为转动的牛顿第二定律
上式可见，相同的转动惯量，转矩大，角速率的斜率大，即提速快。如果没有摩擦力，会一直加速。
实际的负载——被外力驱动的物体，转速与转矩的公式，是下式：B 是一个常量系数
这是个一阶微分方程，解这个微分方程，可得转速公式与转矩的关系式为：
此函数的形状是这样的。最终转速是 M/B
对于同一个负载，显然，若外加的转矩大，不仅最终的转速高，提速也快。
如果不需要达到电机的最高转速，转矩大的电机，负载达到设定转速的时间短。
作者: Angus 时间: 2024-8-13 15:00
本帖最后由 Angus 于 2024-8-13 15:17 编辑
MTPA 控制为何比Id=0控制，消耗的电流会小
假定转矩 T 是个常数，电流 iq,id 就是反比关系，Te 公式的意义，见前面回帖。
Iq 与 Id 的函数图像，可以看成是 y= - 1/x 向右平移。如下图
控制器的输出功率，与电流的模有关，即 Is
以 Is 为半径的圆上，控制器的输出功率是相等的。
在电机基速以下，即未达到最快转速时，下图蓝色 Te 是等转矩线，可以理解为负载等转速线(确切来说，应是输出转矩曲线才是负载等速线)。其原理见楼上回帖的讲解。
如果采用 MTPA 控制，达到这个转速，所需电流是蓝色箭头 Is2 。
如果采用 Id=0 控制，达到这个转速，需要的电流是红色箭头 Is1，已超出以 Is2 为半径的圆圈 。
此图很明显得看出，相同转速， MTPA 控制所需的电流 Is2，比 Id=0控制所需的电流 Is1 小。
作者: Angus 时间: 2024-8-13 16:19
本帖最后由 Angus 于 2024-8-13 16:26 编辑
查表法 MTPA 控制，要先按下式计算出不同电流 Is 下的超前角，做成一个表格。
电机的电阻和电感，都好测量，但磁链常数怎么测量呢？
电机参数里，会给出反电势常数 Ke, 可以按下式求出磁链常数，这里频率 f 是每秒的转速，不是每分钟的转速。
如果不知道电机的参数, 测量磁链常数的最好办法是，用另一个电机拖动，用出示波器测出反势电压峰值，再按上式算出磁链常数。
如果找不到合适的方法用另一个电机拖动，可以让电机空载转起来，采用 Id=0 的控制方式。用下式求出磁链常数。
电机均速转时，Iq 是个常数，求导=0，第一个公式，等号右边前两项=0, 公式就成了下式：
上式等号右边是反电势。转速高时反电势高、计算误差小。
这样就可求出电机的磁链常数了。
在新唐 M451 无感 FOC 的代码中，反电势数值是变量 EMF_Multi_Unit_Magnify , 此变量每个PWM 周期估算位置时更新一次，对此变量低通滤波后，就得到一个稳定的反电势数值。
作者: Angus 时间: 2024-9-16 09:00
积分抗饱和运算
如果电机转速已到最大，而设定转速仍比实际转速大，转速 PI 的积分计算仍一直增加电流设定值，最终电流设定值加到上限，可能比电流实际值大很多倍。如下图电流设定值一直加到了高位 =0x0019，十进制的25，比电流实际值 Iq_Measure 的高位= 2，大了12倍多。
这时如果设定转速 RPM_Set 调到 4767 以下，电流设定值要很久才能降到电流实际值以下，而这期间转速不会下降，这就是积分饱和引起的调节滞后，不好的使用体验。
假如本次转速误差 Err_Spd =K，K>0,
下次 PI 运算时前 Err_Spd_Last = Err_Spd = K ; 到时候若转速设定值与转速实际值一样，即 Err_Spd = 0 ; 则转速 PI 运算就是
temp32 = (Err_Spd - Err_Spd_Last)*Kp_Speed +Err_Spd*Ki_Speed = -K * Kp_Speed ;
如果下次刚好能让“电流设定值 = 电流实际值”, 那么就不会积分饱和。
即本次转速 PI 计算的电流值若等于下式，下次转速 PI 运算就可以把增量减去，不会积分饱和
本次电流设定值 = K * Kp_Speed + 电流实际值 = Err_Spd * Kp_Speed + 电流实际值 ; // 这个是本次电流设定值的上限
K 值取多少呢？ 因转速控制精度1%以下，可取转速最大值的 1/64。所以有以下积分抗饱和运算代码：
这段代码的执行效果如下图，电流设定值只增加到实际值的 2.7 倍，这是下次能一次把电流误差回调到 0 的值。
作者: Angus 时间: 2024-9-17 11:00
本帖最后由 Angus 于 2024-10-2 21:11 编辑
电机启动流程
更新转速设定值 RPM_Set ，不是一个很紧急的事件，在 main() 主循环中，按旋钮 ADC 值确定转速设定值 RPM_Set 是多少。
在main() 主循环代码中，电机可能在同步转，也可能未在同步转。分别做如下处理：
一，如果电机在同步转（Motor_Status 的 bit4 非0)，下图318行，做以下事情：
如果 RPM_Set <= 0, 说明电机已在停转降速中，这时需判断一下，若转速已降到最小值以下，就去状态 1 刹车停转。
如果 RPM_Set >0, 这里不需要做什么。电流大小由SysTick 中断里、转速 PI 计算结果决定；电压角度和 PWM 输出占空比，由 ADC 中断里计算、输出。
二，如果电机未在同步转， 下图327 行，要么不需要起动(RPM_Set <= 0)，要么需要启动(RPM_Set >0)。
1>，如果不需要起动(RPM_Set <= 0)，又已在起动流程（状态3,4,5,6），则直接刹车停转(335行, 去状态1)、或关功率管(去状态0)就行了。
如果未在启动流程，未转、也未在启转，就判断是否取消故障状态，转向开关是否变了，等等。
2>，如果需要起动、又未在启动流程，执行到 362 行，先调用函数 Test_Period() 判断是否已顺风吹转，若是则跳转到状态6，顺风起转。若未顺风转，跳转到状态 2 先给自举电容充电，充电结束后，在状态 2，按宏定义决定跳转到状态 3 开始 V/F 起转、还是跳转到状态 5 ( 再跳转到状态4) 开始 I/F 起动。
若需要启动，又已在启动流程，这里就不需要做什么了，ADC 中断里、启动代码会变换状态。
作者: Angus 时间: 2024-9-23 11:33
本帖最后由 Angus 于 2024-10-2 21:09 编辑
代码的总体架构就是main() 里的主循环 + 两个中断，这里介绍一下这三部分之间的关系或相互之间的数据通信
每个PWM 周期产生一次 ADC 中断，转电机的代码主要在 ADC 中断里，包括电流 PI 计算。"电流 PI 运算"的电流设定值来至 SysTick 中断里"转速 PI 计算"的计算结果(同步转时), 或ADC 中断里自己决定电流设定值大小(启动时)。
SysTick 中断代码里，用转速设定值和实际值，做转速 PI 计算求出电流设定值 Iq_set_f12，Id_set_f12 由 ADC 中断代码用。既然这个全局变量，只有在同步转时 ADC 中断代码才用到，不同步时，就不做这个转速 PI 计算了，详见 SysTick 中断代码。
在 ADC 中断里，状态机的转变如下图，状态0(关功率管停转状态)不会变成其它状态，如果需要启动(转速设定值 RPM_Set >0) 要在 main() 主循环里判断，转变为状态2(静止状态启动)或状态6(顺风转时启动)
main() 主循环里，除了启动前判断一下是否已顺风转，还会做一件事：判断如果启动时出现 RPM_Set <=0, 就是又不想启动了，那就直接变状态1、立即停止启动，不必再等超时了。
作者: Angus 时间: 前天 10:26
今天是2024年11月20日，昨晚更新了一版代码。 增加或改变的功能如下
1， 输出电压的限幅，由原来的对 Vq,Vd 分别限幅到 0.577VDD, 改为对输出电压的模限幅 0.577VDD。后者可保证输出电压不超内切圆，输出电压波形好，但需要做开方运算。
2，增加了提速控制，可以调整加速度、或减速度。
3，在转速 PI 环外面，增加了功率闭环控制，功率闭环可精准地控制功率不超上限。
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