FOC(笔记二)

news2024/9/21 12:39:39

接上篇文章：FOC算法(笔记一)_马鞍波和三角波调制合成-CSDN博客

前面已经对FOC的开环控制进行了介绍，下面对FOC的闭环控制进行介绍。

本次使用的电机参数如下图所示：

一、HALL传感器

1.1、霍尔传感器的角度、速度计算

因为本次使用的是120°安装的三相霍尔编码器，所以霍尔德精度是非常低的，如下图所示的，每圈只能检测6次，对角度的精度是比较低的，所以较低速度情况下如无法获得电机的角度和角速度信息的。

所以通过计算上一个60°的电机的转速，作为下一个60°来临之前的速度，乘以ADC检测时间就可以算出中间检测时间。

（1）如下图所示的，通过判断霍尔三相GPIO的电平可以判断当前霍尔的角度在第几个60°。

（2）一般电机三相的0角度为Ud=1、Uq=0电平的时候转子所在位置，所以转子的0°和霍尔德0°，也即是如下图所示0x50位置所示的0°，两个是不一样的，所以需要对角度进行补偿，具体补偿如下代码所示：

#define PHASE_SHIFT_ANGLE (float)(220.0f/360.0f*2.0f*PI)

（3）只知道是多少个60°，精度太低，所以通过定时器对三相霍尔德编码器进行霍尔(HALL)模式的检测，当有上升沿、下降沿的时候就触发定时器的中断，之后通过中断的时间和60°角度计算出来电机的转速，后面在ADC检测中使用角度自增的时候，直接用速度乘以ADC检测时间就可以计算出来每次ADC检测角度的增量。从而平滑的获得角度递增的锯齿波结果。

（4）上面（3）中计算出来的速度是电机的角速度，在速度闭环控制的时候，使用的机械速度，并且两者都是弧度制的，所以应该将角速度转化为机械速度(转/min、r/min)：角速度(°/s)/360°/60s*极对数.

2.2、霍尔编码器嵌入式程序

如下面代码所示的是TIM4定时器的编码器模式，在检测到三相上有电平变化的时候产生中断，中断中调用下面的回调函数，回调函数中计算速度(机械角度频率，转/分钟，rmp/min)，ADC一个检测周期角度增加值。

（1）HallTemp = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim4,TIM_CHANNEL_1);
（2）HallThetaAdd = (PI/3)/(HallTemp/3200000)/10000;
（3）HallSpeed = (PI/3)*2/(HallTemp/3200000)*60/(2*PI);

（1）获得触发定时器中断的时间。

（2）计算ADC一个检测周期的角度增加值HallThetaAdd，PI/3表示一个编码器触发周期的角度；HallTemp/3200000表示定时器的计时时间，单位秒，（计数次数/TIM时钟频率）；10000标志ADC检测的频率，除以频率等于乘以ADC检测一次时间。

（3）计算电机的速度(rmp/min)，2表示电机的极对数，将电角度转化为机械角度；60是将秒转化为分钟；(2*PI)标志一圈的弧度，将弧度转化为圈。

//转子0角度和霍尔零角度的差值补偿
#define PHASE_SHIFT_ANGLE (float)(220.0f/360.0f*2.0f*PI)

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(htim);
	if(htim == &htim4)
	{
		HallTemp = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim4,TIM_CHANNEL_1);
		HallThetaAdd = (PI/3)/(HallTemp/3200000)/10000;          //电角度的速度增量，除以10000是为了提前乘以ADC采样时间。
		HallSpeed = (PI/3)/(HallTemp/3200000)*30/(2*PI);         //角度的计算，60/计数时间，然后将电角度转化为机械角度
    
//    /* 一介低通滤波器，对于高频噪声滤波效果好，运算量小 */
//    HallSpeed_filter = HallSpeed;
//    HallSpeed_filter = (1-(HallTemp/16000))*HallSpeed_last+(HallTemp/16000)*HallSpeed_filter;
//    HallSpeed_last = HallSpeed_filter;
    
    /* 角度的判断，只能60增加的判断 */
	HallReadTemp = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_8);
	HallReadTemp |= HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)<<1;
	HallReadTemp |= HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_6)<<2;
    if(HallReadTemp==0x05) 
    {
      HallTheta = 0.0f+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    else if(HallReadTemp==0x04)
    {
      HallTheta = (PI/3.0f)+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    else if(HallReadTemp==0x06)
    {
      HallTheta = (PI*2.0f/3.0f)+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    else if(HallReadTemp==0x02)
    {
      HallTheta = PI+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    else if(HallReadTemp==0x03)
    {
      HallTheta = (PI*4.0f/3.0f)+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    else if(HallReadTemp==0x01)
    {
      HallTheta = (PI*5.0f/3.0f)+PHASE_SHIFT_ANGLE;
    }
    if(HallTheta<0.0f)
    {
      HallTheta += 2.0f*PI;
    }
    else if(HallTheta>(2.0f*PI))
    {
      HallTheta -= 2.0f*PI;
    }	
	}
}

下面是对上面回调函数中计算的数据的使用。

HallTheta = HallTheta + HallThetaAdd;    //区间角度+角度变化值
if(HallTheta < 0.0f)
{
	HallTheta += 2.0f*PI;
}
else if(HallTheta > (2.0f*PI))
{
	HallTheta -= 2.0f*PI;
}
g_SC.theta = HallTheta;           //当前的角度值
g_SpPI.Speed_now = HallSpeed;     //当前编码器速度