15万转无感FOC: 风机水泵吸尘器,冰箱空调压缩机

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。

Angus 发表于 2024-3-24 11:16
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。 ...

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！

游客 223.112.186.x 发表于 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 ...

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。

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， 196/197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200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。

如果做弱磁控制，要在 194行，增加电流求模的计算


195行，求Iq*Iq + Id*Id ，乘后除4，是防止与后面乘积相加后数据溢出。
196行，如果数值太小，为提高开方精度，先左移12、开方后再右移6。右移了5位是补偿196行开方前的右移2。


弱磁控制的转速 PI 运算结果，是电流的模 Is_set_f12
如下 708行就要变成 :
Iq_set_f12 = temp32 * cos() ;   
Id_set_f12 = temp32 * sin() ;    // 这个偏角=0时, 就是Id=0控制。偏角为负时，Id设定值负值，就是弱磁控制。
可做个“电流Is——偏角”表格，按电流的模Is 查表得偏角，再求Iq,Id

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。

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。

拖动电流增减量 PULL_Current_Inc_f12 ：轻载时工作电流较小，若拖动电流较大不降低，转速要加到较快才能同步。拖动两三圈以后(重载已同步)减电流，轻载能尽早切同步。
拖动电流下限取值可按上限的1/2到 1/8 之间,  在状态4 代码中确定，主要是为了轻载能在低速同步，不必拖动到较高转速才能同步，此代码中用的  CURRENT_Pull_Max_f12/8

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。

状态 3 快速起转的流程。



拖动起始电压，和起始转速，在跳转到状态 3 之前赋值，如下图 393~396 行。初始电压的确定依据是绕组不过流，又让轻载能转动。电流 = 电压 / 绕组阻抗。
拖动起始转速不必从0开始，可从拖动转速下限 PULL_Ommega_Min_f16 ，这可加快起转速度。


在状态 3，电压逐步增加到 247行给定的电压值——拖动最大电压值，这个电压值的确定依据：重载时能让电机转得动。

若 247 行的电压值，写成和 394 行一样的初值，可验证 394 行的初值、是否可让轻载能转得动。



位置收敛后角度 Angle_q 加快调整，接近估算角度时，就可以同步转了，但 234 行代码并未立即切同步，而是保持在状态 3 继续执行 1~3倍的 L/R 时间后——电流和转动都稳定了——再切同步。
可以切同步但未切同步的时段，是准同步状态，可适当提高一点电压，以提高转速，让转动更稳定。这个电压值是 239 行设定的。

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