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[其他ST产品] STM32f103 SMO滑膜观测器的 无感无刷FOC驱动DIY

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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
DIY, FOC, FOC驱动, ST, STM

小时候玩航模了解到无刷电机，又从方波控制了解到FOC控制，在接触了一些开源项目的时候，感叹做的真好，不论是方波的还是Foc的启动都是那么丝滑，软件做的虽然好，但在这几年电机驱动芯片和部分型号的单片机价格都居高不下，做一个低成本的Foc驱动器利用网上开源资料已经不够用了。

ky_motor Foc 测试视频


        假期趁着有时间做一套Foc驱动器，从硬件到软件，从夏天到冬天，真是不容易，总算差不多了。


9768463d8d4bc451e6.png
开发板：​​​​​​​开发板链接

        硬件选用了STM32F103单片机，程序内容并不是很多，103c8，103rb都可以满足需求，为了后期可以扩展资源，我选用了rbt6，价格大约16元一颗，不是用的ST电机库，因此程序可以移植到国产芯片上，不过我没有移植过，毕竟我不太相信国产芯片（个人观点）。



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逢dududu必shu
———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「沉醉不知归路1」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/richardgann/article/details/127926835  发表于 2023-1-31 16:44

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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:45 | 显示全部楼层
驱动芯片选用的EG2134，没什么可说的，就是图便宜，一颗大约1.5元，比国产的峰绍还要便宜个几毛钱，这难道不是我选它的理由吗？

         运放选用的是LM324，也是几毛钱的物料，追求更好的效果可以选用精度更高的运放，而不是我选用的这个玩具级，运放采样做的是一个差分输入的方式，看电流波形还可以。

          Mos用的是Irlr7843，性能很好的一颗mos，以前做航模的时候总用这个mos，就是假货比较多，我这个板子也没打算跑太大的电流，因此这个Mos不论从价格还是从性能，都能满足我的需求。
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:50 | 显示全部楼层
三个控制按键，复位，开始，停止。实际的程序样式也是按start电机开始转动，按stop电机停止转动，复位键用于debug调试使用。预留一个电位器接口，用来调速。

       电阻采样用了三颗0.05R的采样电阻，通过三电阻采样的方式保证了电流采样的精度（当然，运放有些拉跨）。

        剩下的就是辅助电路了，预留了IIC接口，SPI接口，后期方便加传感器或者OLED。

        硬件介绍完了，剩下的就是软件部分了，当然也是最精彩的部分了，篇幅有限，我简单介绍一下功能，后面有时间我会在专栏里给大家详细的讲解一下Foc的控制方法。

        使用了SMO 滑膜观测器，SMO代码精简，性能稳定，值得多花一些时间对其进行改进。比如，在反电势滤波方法上。SMO参数调整相对来说比较简单，实际调试电机过程中能很快的调出让电机稳定运行的参数。有没有参数更容易调整的观测器？有的，对传统滑模观测器添加一个自适应律，得到自适应滑模观测器。当然，最重要的还是我比较擅长SMO，其他的都不重要。
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:50 | 显示全部楼层
控制模式上写了三个模式，Hallloop（霍尔闭环），SMOloop（滑膜闭环），Openloop（开环）这三个模式。我先把这部分代码贴上来，后期测试的视频我在传上来。

        Openloop
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  1. void Motor_IFStart(void)
    

  2. {
    

  3.     Angle_Acc(Angle);
    

  4.     AngleSin_Cos.IQAngle = Angle.Set;//角度
    

  5.     pi_iq.Ref = IqStart; //启动电流设置
    

  6.  
    

  7.     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    

  8.    
    

  9.     
    

  10.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  11.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  12.   /**************Clark变换****************/
    

  13.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    

  14.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    

  15.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    

  16.     
    

  17.   /**************Park变换****************/   
    

  18.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    

  19.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    

  20.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    

  21.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    

  22.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    

  23.     
    

  24.  /************d轴控制器*******************/    
    

  25.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    

  26.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    

  27.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    

  28.      
    

  29.  /************q轴控制器*******************/    
    

  30.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    

  31.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    

  32.      
    

  33.   /************PARK逆变换*******************/     
    

  34.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    

  35.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    

  36.     
    

  37.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    

  38.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    

  39.  
    

  40.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    

  41.   
    

  42.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    

  43.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    

  44.      
    

  45.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    

  46.  
    

  47.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    

  48.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
    

  49. }
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:53 | 显示全部楼层
SMOloop
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  1. void SMO_SpeedLoop(void)
    

  2. {  
    

  3.  
    

  4.     PWMZD_count++;
    

  5.     if(PWMZD_count==25)
    

  6.           {
    

  7.             PWMZD_count=0; 
    

  8.       SMO_Speedcale();
    

  9.       pi_spd.Ref = SpeedRef;
    

  10.       pi_spd.Fbk = Speed_estPare.Speed_RPM;
    

  11.       PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度环PI  
    

  12.     } 
    

  13.   
    

  14.     AngleSin_Cos.IQAngle =  IQAtan_Pare.IQAngle;//估算角度
    

  15.     pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
    

  16.     
    

  17.     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    

  18.         
    

  19.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  20.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  21.   /**************Clark变换****************/
    

  22.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    

  23.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    

  24.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    

  25.     
    

  26.   /**************Park变换****************/   
    

  27.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    

  28.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    

  29.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    

  30.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    

  31.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    

  32.     
    

  33.  /************d轴控制器*******************/    
    

  34.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    

  35.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    

  36.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    

  37.      
    

  38.  /************q轴控制器*******************/    
    

  39.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    

  40.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    

  41.      
    

  42.   /************PARK逆变换*******************/     
    

  43.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    

  44.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    

  45.     
    

  46.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    

  47.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    

  48.  
    

  49.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    

  50.   
    

  51.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    

  52.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    

  53.      
    

  54.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    

  55.  
    

  56.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    

  57.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
    

  58. }
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:54 | 显示全部楼层
Hallloop
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  1. void Mode_Hall_loop(void) 
    

  2. {
    

  3.     PWMZD_count++;
    

  4.     if(PWMZD_count==25)
    

  5.           {
    

  6.             PWMZD_count=0;
    

  7.             Hall_Three_Speedcale(); 
    

  8.  
    

  9.       pi_spd.Ref = SpeedRef;
    

  10.       pi_spd.Fbk = Hall_Three.Speed_RPM;
    

  11.       PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度PI控制器 
    

  12.     }
    

  13.     
    

  14.      ThreeHallanglecale();//得到角度
    

  15.     
    

  16.      AngleSin_Cos.IQAngle = Hall_Three.ele_angleIQ;
    

  17.  
    

  18.      ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    

  19.        
    

  20.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  21.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    

  22.     /*****************************************************************************/
    

  23.    
    

  24.     
    

  25.   /**************Clark变换****************/
    

  26.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    

  27.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    

  28.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    

  29.     
    

  30.   /**************Park变换****************/   
    

  31.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    

  32.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    

  33.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    

  34.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    

  35.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    

  36.     
    

  37.  /************d轴控制器*******************/    
    

  38.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    

  39.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    

  40.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    

  41.      
    

  42.  /************q轴控制器*******************/    
    

  43.      pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
    

  44.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    

  45.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    

  46.      
    

  47.   /************PARK逆变换*******************/     
    

  48.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    

  49.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    

  50.     
    

  51.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    

  52.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    

  53.  
    

  54.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    

  55.    
    

  56.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    

  57.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    

  58.      
    

  59.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    

  60.     
    

  61.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    

  62.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值
    

  63.         
    

  64. }
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:55 | 显示全部楼层
  增加了一个上位机接口，用于观测电流波形Iabc，SMO和speed。上位机用的是VOFA，一个开源的上位机。
5684563d8d76438bc6.png
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:56 | 显示全部楼层
这是Iabc的波形。
1657563d8d7c55df30.png
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:59 | 显示全部楼层
这是SMO波形 7850963d8d7d7ea338.png
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 楼主| 逢dududu必shu 发表于 2023-1-31 16:59 | 显示全部楼层
这是 速度speed波形 3691063d8d87603d09.png 整体测试还算好吧，后续还有很多工作需要做。最后是测试视频
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机机机
SMO的代码可以看下吗？  发表于 2024-11-18 18:37
jiangyimfs 发表于 2023-4-11 20:22 | 显示全部楼层
很不错，学习了，这么好的帖子这么没人回复
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Guizimai1880
是个不错的帖子，提供了很多思路和方法，能像版主一样玩出来的已经很不错了  发表于 2024-12-12 11:02
公羊子丹 发表于 2024-4-22 08:17 | 显示全部楼层

会占用PCB的空间，成本也会更高。
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万图 发表于 2024-4-22 09:20 | 显示全部楼层

对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的1.3～1.6倍。
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帛灿灿 发表于 2024-4-22 12:19 | 显示全部楼层

开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期
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周半梅 发表于 2024-4-22 15:18 | 显示全部楼层

选择测试方法和测试参数是检测过程中的重要步骤
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童雨竹 发表于 2024-4-22 18:17 | 显示全部楼层

对于环氧树脂而言，一般把导热系数为0.5W/M·K的导热性能已经被定义为高导热
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heimawenxuan 发表于 2025-5-6 16:56 | 显示全部楼层
EG2134  最近有个产品需要找人写驱动，如何才能联系到楼主？   
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