STM32如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制.pptVIP

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),3,STM32面向馬達(dá)控制的特性,功能強(qiáng)勁的內(nèi)核 ARM Cortex-M3 1.25DMIPS/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 12 BIT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,4,軟件庫(kù)FOC簡(jiǎn)介,FOC(Field Oriented Control)，采用數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)三相馬達(dá)的力矩和勵(lì)磁的解耦控制 定子電流被分解成： 勵(lì)磁電流Id：產(chǎn)生勵(lì)磁 交軸電流Iq：控制電磁力矩，類似于DC馬達(dá)的電樞電流 FOC算法優(yōu)點(diǎn)： 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，速度響應(yīng)快速而精確 馬達(dá)的瞬時(shí)效率得到優(yōu)化 能實(shí)現(xiàn)位置控制（通過(guò)瞬時(shí)力矩控制）,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(guò)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)/ ENCODER Sensorless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)DC BUS紋波的補(bǔ)償,7,軟件庫(kù) 特點(diǎn)(3)：GUI界面,通過(guò)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,8,軟件庫(kù)特點(diǎn)(4)：實(shí)時(shí)調(diào)試界面,可實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)力矩環(huán)，勵(lì)磁環(huán)及速度環(huán)PID的參數(shù) 可實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)觀測(cè)器的增益參數(shù)(無(wú)傳感器模式下) 可實(shí)時(shí)地改變目標(biāo)速度(速度控制模式下)或目標(biāo)力矩及勵(lì)磁(力矩控制模式下) 進(jìn)入弱磁控制區(qū)的上限電壓值的選擇 DC BUS電壓及功率板溫度監(jiān)控 DAC輸出變量的選擇,STM32 Motor Control PMSM FOC ver 1.0 Sensorless Demo Speed control mode Target Measured 02500 (rpm) 00000 Move Change,9,STM32 Motor Control PMSM FOC ver 1.0 Singal on PB0 Iqref Singal on PB1 Ia Move Change,軟件庫(kù)特點(diǎn)(5)：DAC功能,通過(guò)TIM3的兩個(gè)PWM通道實(shí)現(xiàn) 可通過(guò)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(guò)條件編譯行禁止,10,軟件庫(kù)特點(diǎn)(6)：MTPA,MTPAI-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(guò)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(guò)條件編譯避 免包含不需要的 代碼,/* Current sensing by ICS (Isolated current sensors) */ /#define ICS_SENSORS /* Current sensing by Three Shunt resistors */ #define THREE_SHUNT /* Position sensing by Incremental encoder */ /#define ENCODER /* Speed sensing by Hall sensors */ /#define HALL_SENSORS /* No speed sensors */ /#define NO_SPEED_SENSORS /#define VIEW_HALL_FEEDBACK /#define VIEW_ENCODER_FEEDBACK /* PI + Differential term for Id & Iq regulation */ /#define Id_Iq_DIFFERENTIAL_TERM_ENABLED /* PI + Differential term for speed regulation */ /#define SPEED_DIFFERENTIAL_TERM_ENABLED /* PIDs Parameter regulation software */ /#define FLUX_TORQUE_PIDs_TUNING /#define OBSERVER_GAIN_TUNING #define DAC_FUNCTIONALITY /#define IPMSM_MTPA #define FLUX_WEAKENING /#define FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION,12,軟件庫(kù)FOC軟件框圖,13,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20.2s 到 21.6s 單電阻電流采樣方式：從23.9s 到 26s,CPU load 10kHz sampling time 30%,CPU load 10kHz sampling time 25%,1-SHUNT CURRENT READING,14,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， PMSM FOC 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),12.5Kb,15,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,16,馬達(dá)控制套件(2)：功能,兼容STM32 FOC 軟件庫(kù) 軟件庫(kù)可以直接在該套件上運(yùn)行 通過(guò)跳線設(shè)置，可滿足軟件的各種編譯模式 單電阻和三電阻電流取樣選擇功能 編碼器/ HALL輸入檢測(cè)功能，Sensorless模式 滿足大功率應(yīng)用要求，如變頻空調(diào)壓縮機(jī)及工業(yè)大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開發(fā)調(diào)試 20A/30A IGBT 三相半橋驅(qū)動(dòng)模塊 主動(dòng)PFC控制功能 兼容部分PFC、全部PFC硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括： AC輸入電壓波形檢出（正弦波） 電感電流波形檢出（正弦波） DC BUS 電壓檢出 PFC硬件保護(hù)電路：IGBT過(guò)流硬件自關(guān)斷， IGBT過(guò)流保護(hù)信號(hào)輸出 可提升DC BUS 電壓，抑制輸入電流諧波,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 + Power Stage)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(guò)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，把它們寫入頭文件 MC_State_Observer_param.h,20,基于馬達(dá)控制套件實(shí)現(xiàn)PMSM馬達(dá)的控制(3),使馬達(dá)運(yùn)行在無(wú)傳感器模式，但仍使能傳感器反饋處理： 選擇NO_SPEED_SENSORS及VIEW_HALL_FEEDBACK或VIEW_ENCODER_FEEDBACK之一，電流和速度環(huán)使用由觀測(cè)器反饋的轉(zhuǎn)子位置角信號(hào)。傳感器反饋的信號(hào)仍處理，使其可與觀測(cè)器反饋的位置角信號(hào)進(jìn)行比較； 填寫MC_State_Observer_param.h中剩余的參數(shù)，且第一次設(shè)置統(tǒng)計(jì)參數(shù)； 注意： 如要達(dá)