2025年无刷直流电机学习笔记8

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一、内容

本期学习的主要内容结合前两期FOC的控制原理和MATLAB建模仿真的内容，对有传感器的正弦波控制程序进行一个梳理，承上启下，从而达到更好的学习效果。

二、知识点

1.电流相电流采样方式

针对于FOC方式控制的PMSM，主要有三种相电流采集方式，其名称及特点分别为：

①三电阻法：最基本的、可靠方式；

②单电阻法：一种低成本方式；

③电流传感器法：比较高成本的方式。

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而在所给的有传感器的正弦波控制程序中，所选择的的电流采样方式为三个电阻电流取样，参数为THREE_SHUNT。在头文件STM32F10x_MCconf.h中，也给出了另外俩种电流采样方式的参数——SINGLE_SHUNT、ICS_SENSORS，并且在程序中，也给出了相关程序，具体程序如下所示，其中，子函数SVPWM_3ShuntInit()是设置三电阻法的电流取样和PWM周期，而针对于另两种方式的初始化函数SVPWM_IcsInit()和SVPWM_1ShuntInit()，也是对相关参数的初始化，在之后的学习中，可对这两种方式，进行试验学习。

#ifdef THREE_SHUNT //三个电阻电流取样 SVPWM_3ShuntInit(); //设置电流取样，PWM周期 #elif defined ICS_SENSORS SVPWM_IcsInit(); #elif defined SINGLE_SHUNT SVPWM_1ShuntInit(); #endif

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2.按键扫描程序

当定时器、PID等初始化结束之后，程序正式启动（即上电完成），需进行按键扫描及显示屏显示程序，程序段分别如下所示。从中，可以看出，按键扫描频率为8ms一次，具有消抖功能，且各个按键都具有各自的作用。

讯享网void KeyProc() { 
    U8 i; if(fgKeyDeal == 0)//8ms 检测一次 { 
    return; } fgKeyDeal=0; if(ucKeyPressTime != 0)//长按的时间定义 { 
    ucKeyPressTime--; } fgKeyDeal= 0; switch(ucKeyDat) //判断那个键按下 { 
    case 0: i = 0; break; case SetKey: i = SetKey; break; case FunKey: i = FunKey; break; case LeftKey: i = LeftKey; break; case RightKey: i = RightKey; break; case UpKey: i = UpKey; break; case DownKey: i = DownKey; break; default: i = OtherKey; break; } if(i == ucPreKey)//判断是否跟上个键一样 { 
    if(ucKeyDebouce != 0)//去抖动,时间6*8 { 
    ucKeyDebouce--; return; } if(fgBusy) { 
    if(i == NoKey) { 
    fgBusy = 0; // 此处处理释放有效键 ucKeyNew = 0; ucKeyOld = 0; } } else { 
    if((i != NoKey) && (i != OtherKey)) { 
    fgBusy = 1; ucKeyNew = i; ucKeyOld = i; } } } else { 
    ucPreKey = i; ucKeyDebouce = KeyDebouce2; // 72ms } if(ucKeyNew != 0) { 
    if(ucKeyOld != 0) { 
    ucKeyOld = 0; switch(ucKeyNew） { 
    case SetKey: ProcSetKey(); //不同的按键不同的处理程序//返回按键 break; case FunKey: ProcFunKey(); break; case LeftKey: ProcLeftKey(); //下键处理程序  break; case RightKey: ProcRightKey(); //右键处理程序 break; case UpKey: ProcUpKey(); //确认键处理程序  break; case DownKey: ProcDownKey(); //左键处理程序  break; default: break; } } else { 
    } } }

3. 电流传感器法的空间矢量调制

在主函数中，当电机的启动参数和PID参数配置正确之后，电机正常启动，随后进行电流采样，并对其采样过程进行空间矢量调制，以电流传感器法为例，调制函数为SVPWM_IcsCalcDutyCycles ()，具体代码如下所示，其基本思路是利用Park逆变换和Clark逆变换，计算与输入值相对应的占空比值。同理，对于另两种电流采样方式来说，都具备这个作用，而针对于三电阻法的空间矢量控制而言，其还具有为下一个周期配置AD转换器和TIM0的作用。

void SVPWM_IcsCalcDutyCycles (Volt_Components Stat_Volt_Input) { 
    u8 bSector; s32 wX,wY, wZ, wUAlpha, wUBeta; u16 hTimePhA=0, hTimePhB=0, hTimePhC=0; wUAlpha =Stat_Volt_Input.qV_Component1 * T_SQRT3 ;//park逆变换,? wUBeta =-(Stat_Volt_Input.qV_Component2 * T); wX =wUBeta; wY =(wUBeta + wUAlpha)/2;//clark逆变换 wZ =(wUBeta - wUAlpha)/2; // Sector calculation from wX, wY, wZ if (wY<0) { 
    if(wZ<0) { 
    bSector = SECTOR_5; } else // wZ >= 0 if(wX<=0) { 
    bSector = SECTOR_4; } else // wX > 0 { 
    bSector = SECTOR_3; } } else //wY > 0 { 
    if(wZ>=0) { 
    bSector = SECTOR_2; } else //wZ < 0 if(wX<=0) { 
    bSector = SECTOR_6; } else // wX > 0 { 
    bSector = SECTOR_1; } } switch(bSector) { 
    case SECTOR_1: //时间区间是0-4-6-7-7-6-4-0 case SECTOR_4: //时间区间是0-1-3-7-7-3-1-0  hTimePhA = (T/8) + ((((T + wX) - wZ)/2)/); hTimePhB = hTimePhA + wZ/; hTimePhC = hTimePhB - wX/; break; case SECTOR_2: case SECTOR_5: hTimePhA = (T/8) + ((((T + wY) - wZ)/2)/); hTimePhB = hTimePhA + wZ/; hTimePhC = hTimePhA - wY/; break; case SECTOR_3: case SECTOR_6: hTimePhA = (T/8) + ((((T - wX) + wY)/2)/); hTimePhC = hTimePhA - wY/; hTimePhB = hTimePhC + wX/; break; default: break; } CR1 = hTimePhA; TIM1->CCR2 = hTimePhB; TIM1->CCR3 = hTimePhC; }

4.FOC控制算法实现

为了实现FOC的矢量控制，需要对PMSM的转矩和电流进行调节，从而实现FOC矢量算法。详细代码如下所示，其基本思路是根据电流采样的Ia、Ib，通过矢量对称计算出Ic，并根据Clark和Park变换，计算出Id和Iq，，然后根据参考值 Iqs 和 Ids 来计算 e，并通过PID控制，最后使得电流环和转矩环达到平衡。

讯享网void FOC_Model(void) { 
    #ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION  Volt_Components Stat_Volt_q_d_4; s32 wtemp; #endif #if defined HALL_SENSORS //Integrate Speed for rotor angle update HALL_IncElectricalAngle(); #endif  Stat_Curr_a_b = GET_PHASE_CURRENTS();//取得当前电流ia,ib Stat_Curr_alfa_beta = Clarke(Stat_Curr_a_b);//clarke 变换成i_alfa,i_beta Stat_Curr_q_d = Park(Stat_Curr_alfa_beta,GET_ELECTRICAL_ANGLE); #ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION  /*loads the Torque Regulator output reference voltage Vqs*/ Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1 = PID_Regulator(Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component1,Stat_Curr_q_d.qI_Component1,&PID_Torque_InitStructure); /*loads the Flux Regulator output reference voltage Vds*/ Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2 = PID_Regulator(Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component2,Stat_Curr_q_d.qI_Component2,&PID_Flux_InitStructure); wtemp = (s32)(Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1 + Stat_Volt_q_d_3.qV_Component1); SATURATION_TO_S16(wtemp); at_Volt_q_d.qV_Component1 = (s16)wtemp; wtemp = (s32)(Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2 + Stat_Volt_q_d_3.qV_Component2); TURATION_TO_S16(wtemp); Stat_Volt_q_d.qV_Component2 = (s16)wtemp; #else /*loads the Torque Regulator output reference voltage Vqs*/ Stat_Volt_q_d.qV_Component1 = PID_Regulator(Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component1, Stat_Curr_q_d.qI_Component1, &PID_Torque_InitStructure); /*loads the Flux Regulator output reference voltage Vds*/ Stat_Volt_q_d.qV_Component2 = PID_Regulator(Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component2, Stat_Curr_q_d.qI_Component2, &PID_Flux_InitStructure); #endif //circle limitation RevPark_Circle_Limitation();//限制Stat_Volt_q_d 的值 /*Performs the Reverse Park transformation, i.e transforms stator voltages Vqs and Vds into Valpha and Vbeta on a stationary reference frame*/ Stat_Volt_alfa_beta = Rev_Park(Stat_Volt_q_d); /*Valpha and Vbeta finally drive the power stage*/ CALC_SVPWM(Stat_Volt_alfa_beta); #ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION  Stat_Volt_q_d_2.qV_Component1 = (s16)((Stat_Volt_q_d_2.qV_Component1*(VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1)+Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1)/LTAGE_SAMPLING_BUFFER); Stat_Volt_q_d_2.qV_Component2 = (s16)((Stat_Volt_q_d_2.qV_Component2*(VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1)+Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2)/VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER); #endif  #ifdef FLUX_WEAKENING Stat_Volt_q_d_1.qV_Component1 = (s16)((Stat_Volt_q_d_1.qV_Component1*(VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1)+Stat_Volt_q_d.qV_Component1)/OLTAGE_SAMPLING_BUFFER); Stat_Volt_q_d_1.qV_Component2 = (s16)((Stat_Volt_q_d_1.qV_Component2*VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1)+tat_Volt_q_d.qV_Component2)/OLTAGE_SAMPLING_BUFFER); #endif  }

三、总结

本期的学习主要是在原理和仿真的学习之后，对有传感器的正弦波控制的程序进行进一步的学习理解，总的来说，对有感正弦波部分有了更深的理解。之后的学习将是从有感向无感的过渡。