STM32如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制課件

STM32馬達(dá)控制軟件介紹

及開發(fā)套件的使用2009年STM32全國(guó)研討會(huì)北京、深圳、上海、臺(tái)北、青島、重慶、南京、哈爾濱、武漢、福州、西安2演講內(nèi)容STM32面向馬達(dá)控制的特性STM32馬達(dá)控制軟件庫(kù)的介紹FOC簡(jiǎn)介軟件庫(kù)特點(diǎn)軟件庫(kù)結(jié)構(gòu)軟件庫(kù)性能馬達(dá)控制套件的使用套件特點(diǎn)套件功能怎樣基于STM32馬達(dá)控制套件及軟件庫(kù)實(shí)現(xiàn)PMSM馬達(dá)的無(wú)傳感器模式控制使用戶能在很短時(shí)間內(nèi)就能運(yùn)轉(zhuǎn)自己的馬達(dá)3STM32面向馬達(dá)控制的特性功能強(qiáng)勁的內(nèi)核－ARMCortex-M31.25DMIPS/MHz，哈弗結(jié)構(gòu)，與ARM7相比性能提高30%單周期乘法、硬件除法及乘累加指令代碼密度Thumb-2指令集，與ARM7相比代碼密度提高30%NVIC：快速的中斷響應(yīng)面向馬達(dá)控制的豐富的外設(shè)16位高級(jí)定時(shí)器6通道三相互補(bǔ)PWM的產(chǎn)生，帶硬件死區(qū)，每個(gè)通道的極性獨(dú)立設(shè)定時(shí)鐘為72MHz(13.9ns精度)緊急故障輸入端口，可異步地關(guān)斷PWM的輸出可觸發(fā)ADC的事件16位通用定時(shí)器霍爾、編碼器硬件接口ADC雙ADC或三ADC模塊12BIT精度，1MSps，每個(gè)通道的采樣時(shí)間可單獨(dú)編程可由外部或定時(shí)器事件觸發(fā)DMA通道分組：注入轉(zhuǎn)換組及常規(guī)轉(zhuǎn)換組SCAN模式多樣化的雙ADC模式5軟件庫(kù)——特點(diǎn)(1)針對(duì)無(wú)刷馬達(dá)控制的方案–

有傳感器/無(wú)傳感器方案的實(shí)現(xiàn)交流感應(yīng)馬達(dá)(帶速度反饋)PMSM馬達(dá)(無(wú)傳感器方案的實(shí)現(xiàn))特點(diǎn)GUI用戶界面：產(chǎn)生軟件庫(kù)的頭文件用戶調(diào)試界面(通過LCD及JOYSTICK)：可實(shí)時(shí)地調(diào)試PID及觀測(cè)器參數(shù)DAC功能：可實(shí)時(shí)地跟蹤某些重要的變量以循序漸進(jìn)的方式指導(dǎo)用戶如何使用軟件庫(kù)來(lái)開發(fā)自己的項(xiàng)目詳盡的用戶手冊(cè)免費(fèi)的軟件源代碼6軟件庫(kù)——特點(diǎn)(2)特點(diǎn)(續(xù))優(yōu)化的PMSM馬達(dá)控制不同的轉(zhuǎn)子位置反饋方法的實(shí)現(xiàn)Sensor模式：HALL(120度/60度)/ENCODERSensorless模式：Luenberger觀測(cè)器及PLL算法馬達(dá)相電流采樣：三電阻法單電阻法：改善硬件成本電流傳感器法MTPA－I-PMSM馬達(dá)的優(yōu)化控制改進(jìn)的弱磁控制算法：無(wú)須知道馬達(dá)的精確參數(shù)電流前饋：可實(shí)現(xiàn)對(duì)DCBUS紋波的補(bǔ)償7軟件庫(kù)——特點(diǎn)(3)：GUI界面通過直觀的界面配置軟件庫(kù)輸入馬達(dá)及控制參數(shù)，可直接生成軟件庫(kù)的頭文件9STM32MotorControlPMSMFOCver1.0SingalonPB0IqrefSingalonPB1Ia←→Move↑↓Change軟件庫(kù)——特點(diǎn)(5)：DAC功能通過TIM3的兩個(gè)PWM通道實(shí)現(xiàn)可通過LCD菜單實(shí)時(shí)地檢測(cè)兩個(gè)軟件變量軟件脫機(jī)運(yùn)行，避免使用仿真器運(yùn)行時(shí)引起的驅(qū)動(dòng)電路燒壞可實(shí)時(shí)檢測(cè)馬達(dá)相電流，速度，轉(zhuǎn)子位置等可在頭文件中通過條件編譯行禁止10軟件庫(kù)——特點(diǎn)(6)：MTPAMTPA－I-PMSM(永磁體內(nèi)嵌式馬達(dá)：Ld<Lq)的優(yōu)化控制控制‘力矩/電流比’最大化提高效率11軟件庫(kù)——特點(diǎn)(7)：循序漸進(jìn)的開發(fā)通過頭文件STM32F10X_MCconf.h實(shí)現(xiàn)一步一步地指導(dǎo)

用戶進(jìn)行項(xiàng)目的

開發(fā)通過條件編譯避

免包含不需要的

代碼/**************CurrentsensingbyICS(Isolatedcurrentsensors)************///#defineICS_SENSORS/**************CurrentsensingbyThreeShuntresistors*******************/#defineTHREE_SHUNT/**************PositionsensingbyIncrementalencoder*******************///#defineENCODER/***********************SpeedsensingbyHallsensors******************///#defineHALL_SENSORS/******************************Nospeedsensors*********************///#defineNO_SPEED_SENSORS//#defineVIEW_HALL_FEEDBACK//#defineVIEW_ENCODER_FEEDBACK/********************PI+DifferentialtermforId&Iqregulation**********///#defineId_Iq_DIFFERENTIAL_TERM_ENABLED/*****************PI+Differentialtermforspeedregulation**************///#defineSPEED_DIFFERENTIAL_TERM_ENABLED/**********************PIDsParameterregulationsoftware**************///#defineFLUX_TORQUE_PIDs_TUNING//#defineOBSERVER_GAIN_TUNING#defineDAC_FUNCTIONALITY//#defineIPMSM_MTPA#defineFLUX_WEAKENING//#defineFEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION13軟件庫(kù)性能——FOC算法執(zhí)行時(shí)間基于CortexTM-M3強(qiáng)勁的計(jì)算能力，sensorless模式下FOC控制環(huán)的執(zhí)行時(shí)間如下(與第三方編譯器有關(guān))三電阻電流采樣方式：從20.2μs

到21.6μs單電阻電流采樣方式：從23.9μs

到26μsvdsvqs+-+-iqsidsiqs*ids*θrelvα’β’siabcsθreliαβsPIDPIDREVERSEPARK&circlelimitationCALCSVPWM3-SHUNT

CURRENTREADINGSENSORLESSROTORPOSITIONFEEDBACKCLARKEPARKCPUload@10kHzsamplingtime≈30%CPUload@10kHzsamplingtime<25%1-SHUNT

CURRENTREADING14軟件庫(kù)性能——代碼長(zhǎng)度由于Thumb2指令集具有較好的代碼密度，PMSMFOC軟件庫(kù)的總的代碼長(zhǎng)度(sensorless模式，三電阻電流采樣)為：23.3kB到24.7kB(與第三方的編譯器有關(guān))排除LCD及Joystick管理代碼，純的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的代碼長(zhǎng)度為：

(矢量控制模塊的優(yōu)化選項(xiàng)為速度優(yōu)化)12.5Kb15馬達(dá)控制套件(1)——特點(diǎn)高壓驅(qū)動(dòng)板+低壓控制板整合成一塊主板，價(jià)格遠(yuǎn)低于第一代套件更高的功率容量(與第一代套件相比)直觀的硬件平臺(tái)，使用戶無(wú)需設(shè)計(jì)硬件即可進(jìn)行馬達(dá)驅(qū)動(dòng)性能的評(píng)估。給用戶設(shè)計(jì)硬件電路提供參考仿真器(不包含在套件中)隔離板主板17馬達(dá)控制套件的使用(3)：功能一塊控制板集成了EVB及功率驅(qū)動(dòng)的所有功能，摒棄了原開發(fā)套件(EVB+PowerStage)的模式，且驅(qū)動(dòng)功率更高JTAG仿真隔離板能耗剎車控制電路LCD及Joystick用戶界面：可結(jié)合FOC軟件庫(kù)調(diào)試馬達(dá)RS232通信接口(光耦隔離)CAN通信接口上電延時(shí)功能：抑制上電浪涌電流可驅(qū)動(dòng)低壓馬達(dá)(12V/24V)及高壓馬達(dá)(交流220V)18基于馬達(dá)控制套件實(shí)現(xiàn)PMSM馬達(dá)的控制(1)使用GUI產(chǎn)生軟件庫(kù)參數(shù)頭文件使馬達(dá)運(yùn)行在純傳感器模式HALL或ENCODER選擇馬達(dá)電流采樣方式馬達(dá)電流采樣電路參數(shù)設(shè)置Shunt：0.015歐放大倍數(shù)：3.9輸入馬達(dá)參數(shù)使能電流環(huán)調(diào)節(jié)使用GUI產(chǎn)生參數(shù)頭文件，替代軟件庫(kù)中的原文件，編譯軟件庫(kù)，通過JTAG仿真器把程序燒入MCU在套件上運(yùn)行，此時(shí)馬達(dá)短時(shí)間地正反轉(zhuǎn)，運(yùn)行在速度開環(huán)模式下，用DAC功能監(jiān)測(cè)階躍響應(yīng)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電流PID參數(shù)；把電流PID參數(shù)結(jié)果寫入軟件，禁止電流環(huán)調(diào)節(jié)，使馬達(dá)運(yùn)行在速度閉環(huán)模式下，調(diào)節(jié)速度PID參數(shù)19基于馬達(dá)控制套件實(shí)現(xiàn)PMSM馬達(dá)的控制(2)使馬達(dá)運(yùn)行在純傳感器模式，且使能觀測(cè)器：選擇OBSERVER_GAIN_TUNING：電流和速度環(huán)仍使用由傳感器反饋的轉(zhuǎn)子位置角信號(hào)，但此時(shí)觀測(cè)器同時(shí)運(yùn)行；使用DAC功能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)觀測(cè)器及PLL增益參數(shù)（K1，K2，F(xiàn)1，F(xiàn)2，PLL_KP_GAIN，PLL_KI_GAIN）：觀測(cè)器增益參數(shù)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)起作用，而PLL增益參數(shù)(一般其缺省值就滿足要求了)對(duì)位置角重構(gòu)起作用；一旦這6個(gè)參數(shù)確定，