永磁同步电机（正弦无感）学习 （12） |
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永磁同步电机（正弦无感）学习 （12）
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一、内容 开始正弦波无霍尔程序的学习。 二、知识点 正弦波无霍尔程序和有霍尔程序大致相似，只在部分程序上面有所差别，主要通过对比正弦波无霍尔和有霍尔程序的区别进行学习 1.速度/位置检测 1.1霍尔传感器反馈处理： 1.1.1位置测量： 当程序定义了HALL_SENSORS，则程序会选择程序进行执行： #elif defined HALL_SENSORS HALL_HallTimerInit(); #endif HALL_HallTimerInit()函数的功能是初始化霍尔传感器反馈过程中的外设，主要程序如下所示： void HALL_HallTimerInit(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_HALLTimeBaseInitStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM_HALLICInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitHALLStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; #if defineddefined(TIMER3_HANDLES_HALL) GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE); /* TIM3 clock source enable */ RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); /* Enable GPIOA, clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7| GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); #endif TIM_DeInit(HALL_TIMER); TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_HALLTimeBaseInitStructure); TIM_HALLTimeBaseInitStructure.TIM_Period = U16_MAX; TIM_HALLTimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInit(HALL_TIMER,&TIM_HALLTimeBaseInitStructure); TIM_ICStructInit(&TIM_HALLICInitStructure); TIM_HALLICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; TIM_HALLICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling; TIM_HALLICInitStructure.TIM_ICFilter = ICx_FILTER; TIM_ICInit(HALL_TIMER,&TIM_HALLICInitStructure); TIM_PrescalerConfig(HALL_TIMER,(u16)HALL_MAX_RATIO,TIM_PSCReloadMode_Immediate); TIM_InternalClockConfig(HALL_TIMER); TIM_SelectHallSensor(HALL_TIMER, ENABLE); TIM_SelectInputTrigger(HALL_TIMER, TIM_TS_TI1FP1); TIM_SelectSlaveMode(HALL_TIMER,TIM_SlaveMode_Reset); TIM_UpdateRequestConfig(HALL_TIMER, TIM_UpdateSource_Regular); #if defined(TIMER2_HANDLES_HALL) NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQChannel; #elif defined(TIMER3_HANDLES_HALL) NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQChannel; #else // TIMER4_HANDLES_HALL NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQChannel; #endif NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = TIMx_PRE_EMPTION_PRIORITY; NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = TIMx_SUB_PRIORITY; NVIC_InitHALLStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitHALLStructure); TIM_ClearFlag(HALL_TIMER, TIM_FLAG_Update + TIM_FLAG_CC1 + TIM_FLAG_CC2 + \ TIM_FLAG_CC3 + TIM_FLAG_CC4 + TIM_FLAG_Trigger + TIM_FLAG_CC1OF + \TIM_FLAG_CC2OF + TIM_FLAG_CC3OF + TIM_FLAG_CC4OF); TIM_ITConfig(HALL_TIMER, TIM_IT_CC1, ENABLE); TIM_ITConfig(HALL_TIMER, TIM_IT_Update, ENABLE); TIM_SetCounter(HALL_TIMER, HALL_COUNTER_RESET); TIM_Cmd(HALL_TIMER, ENABLE); }这里通过定义TIMER3_HANDLES_HALL，来选择定时器3来作为“接口定时器”来连接霍尔传感器。 并且通过对GPIOD重映射，让PD6、PD7和PD8来作为定时器引脚输入。 对定时器设置计数器自动重装值为65535，内部时钟分频因子为1，即不分频。并设置定时器捕获模式。 1.1.2速度测量： 滚动识别： bPrevHallState = bHallState; bHallState = ReadHallState(); #if (HALL_SENSORS_PLACEMENT == DEGREES_120) switch(bHallState) { case STATE_5: if (bPrevHallState == STATE_5) { if(bSpeed bSpeed = NEGATIVE_SWAP; } } else if (bPrevHallState == STATE_6) { bSpeed = POSITIVE; } else if (bPrevHallState == STATE_3) { bSpeed = NEGATIVE; } // Update angle if(bSpeed hElectrical_Angle = S16_PHASE_SHIFT; } break; case STATE_3: if (bPrevHallState == STATE_3) { //a speed reversal occured if(bSpeed bSpeed = NEGATIVE_SWAP; } } else if (bPrevHallState == STATE_5) { bSpeed = POSITIVE; } else if (bPrevHallState == STATE_6) { bSpeed = NEGATIVE; } // Update of the electrical angle if(bSpeed hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT + S16_120_PHASE_SHIFT); } break; case STATE_6: if (bPrevHallState == STATE_6) { if(bSpeed bSpeed = NEGATIVE_SWAP; } } if (bPrevHallState == STATE_3) { bSpeed = POSITIVE; } else if (bPrevHallState == STATE_5) { bSpeed = NEGATIVE; } if(bSpeed hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT - S16_120_PHASE_SHIFT); } break; default: bSpeed = ERROR; break; }本段程序中，通过比较当前状态和前一个状态推断出转子的转动方向，且转子转动的方向的序列必定为图1中的1种。
其中转子电频率hRotorFreq_dpp通过函数HALL_GetRotorFreq()获得，POLE_PAIR_NUM为极对数，65536为预分频值。 1.2无传感器检测 首先最重要的就是STO_Calc_Rotor_Angle函数，它获取测量的定子电流（Stat_Curr_alfa_beta），施加的电压命令（Stat_Volt_alfa_beta）和测量的直流母线电压(hBusVoltage)当作第K步的输入；得出离散状态检测方程的第K+1步，从而实现电机反电动式 的计算（eα的和 eβ）。从而通过一个数字锁相环的方法，根据反电动势计算转子速度和角度。 void STO_Calc_Rotor_Angle(Volt_Components Stat_Volt_alfa_beta, Curr_ComponentsStat_Curr_alfa_beta, s16 hBusVoltage) { s32 wIalfa_est_Next,wIbeta_est_Next; s32 wBemf_alfa_est_Next, wBemf_beta_est_Next; s16 hValfa,hVbeta; s16 hIalfa_err, hIbeta_err; s16 hRotor_Speed; s32 bDirection; if (wBemf_alfa_est > (s32)(S16_MAX*hF2)) { wBemf_alfa_est = S16_MAX*hF2; } else if (wBemf_alfa_est wBemf_beta_est = S16_MAX*hF2; } else if (wBemf_beta_est wIalfa_est = S16_MAX*hF1; } else if (wIalfa_est wIbeta_est = S16_MAX*hF1; } else if (wIbeta_est bDirection = 1; } else { bDirection = -1; } /*Calls the PLL blockset*/ hBemf_alfa_est = wBemf_alfa_est/hF2; hBemf_beta_est = wBemf_beta_est/hF2; hRotor_Speed = Calc_Rotor_Speed((s16)(hBemf_alfa_est*bDirection), (s16)(-hBemf_beta_est*bDirection)); Store_Rotor_Speed(hRotor_Speed); hRotor_El_Angle = (s16)(hRotor_El_Angle + hRotor_Speed); /*storing previous values of currents and bemfs*/ wIalfa_est = wIalfa_est_Next; wBemf_alfa_est = wBemf_alfa_est_Next; wIbeta_est = wIbeta_est_Next; wBemf_beta_est = wBemf_beta_est_Next; }同时函数 STO_Get_Electrical_Angle返回转子电角度，函数STO_Get_Mechanical_Angle返回转子机械角度（电角度和机械角度之间为极对数倍数关系） s16 STO_Get_Mechanical_Angle(void) { return ((s16)(STO_Get_Electrical_Angle()/POLE_PAIR_NUM)); } 函数STO_Get_Speed()返回转子电速度，STO_Get_Speed_Hz()返回转子机械速度,他们之间的关系为 s16 STO_Get_Speed_Hz(void) { return (s16)((STO_Get_Speed()* SAMPLING_FREQ * 10)/(65536*POLE_PAIR_NUM)); }和有霍尔传感器的转子机械频率与转子电频率的计算公式相同。 函数STO_Start_Up()是启动程序，用以实现点电机由静止到旋转的启动根据 MC_State_Observer_param.h 中设置参数，三相对称电流会产生一个旋转定子磁场，引起转子跟随转动。在这些操作中，会调用 STO_Calc_Rotor_Angle 函数：如果观测的可靠度在固定的范围内，主要机状态是允许切换至运行状态。 三、学习总结 结合相关资料，对无传感器的位置和速度的检测方法有了初步的认识，部分程序上还存在着理解的问题。 为了能适应实习工作，后续会加大学习硬件方面的学习，结合原理图和AD，加深自己在硬件方面的知识。 |
同时由于霍尔传感器的绝对性，使得，当得知霍尔传感器的输出状态，便可以重建转子位置。程序中也是每次霍尔传感器发生变化，产生中断，就会更新转子的电角度，根据电机的转向和霍尔传感器的状态，通过初始化软件变量，便可以计算出当前电角度，用于Park变化。其中霍尔传感器的状态是通过函数ReadHallState()获得的。
转子机械频率【本文地址】
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