调试ST电机库5.20遇到的问题

发表于 2021-11-29 10:17

1.使用带霍尔的无刷电机运行ST MotorControl Workbench 5.2.0生成的例程。霍尔状态经常出现0或者7，是因为霍尔信号干扰太大了吗？正常的霍尔状态为1-6，一出现0或7电机就不能转了。Iq的目标值变成6067（为标称最大电流值，这个值是用标称电流3.8A转换的）。Iq的目标值是由于速度PI控制器输出的。当霍尔状态为0或7，程序将pHandle->SensorIsReliable = false; 认为此时速度传感器不可靠，将测到的速度值设成0了。由于0和设定的目标速度相差很大，同时电机不能转速度一直是0，速度PI控制器输出的Iq的目标值立马就超过了标称值6067.

下图为用STMStudio读到的霍尔状态

发表于 2021-11-29 10:18

用示波器测到到霍尔波形

阅读ST电机库中hall_speed_pos_fdbk.c源码中的void * HALL_TIMx_CC_IRQHandler( void * pHandleVoid )函数。

发表于 2021-11-29 10:19

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void * HALL_TIMx_CC_IRQHandler( void * pHandleVoid )

{

  HALL_Handle_t * pHandle = ( HALL_Handle_t * ) pHandleVoid;

  TIM_TypeDef * TIMx = pHandle->TIMx;

  uint8_t bPrevHallState;

  uint32_t wCaptBuf;

  uint16_t hPrscBuf;

  uint16_t hHighSpeedCapture;

 

  if ( pHandle->SensorIsReliable )

  {

    /* A capture event generated this interrupt */

    bPrevHallState = pHandle->HallState;

 

    if ( pHandle->SensorPlacement == DEGREES_120 )

    {

      pHandle->HallState  = LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H3Port, pHandle->H3Pin ) << 2

                            | LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H2Port, pHandle->H2Pin ) << 1

                            | LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H1Port, pHandle->H1Pin );

    }

    else

    {

      pHandle->HallState  = ( LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H2Port, pHandle->H2Pin ) ^ 1 ) << 2

                            | LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H3Port, pHandle->H3Pin ) << 1

                            | LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H1Port, pHandle->H1Pin );

    }

 

    switch ( pHandle->HallState )

    {

      case STATE_5:

        if ( bPrevHallState == STATE_4 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = pHandle->PhaseShift;

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_1 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_60_PHASE_SHIFT );

        }

        else

        {

        }

        break;

 

      case STATE_1:

        if ( bPrevHallState == STATE_5 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = pHandle->PhaseShift + S16_60_PHASE_SHIFT;

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_3 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT );

        }

        else

        {

        }

        break;

 

      case STATE_3:

        if ( bPrevHallState == STATE_1 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT );

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_2 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT +

                                                  S16_60_PHASE_SHIFT );

        }

        else

        {

        }

 

        break;

 

      case STATE_2:

        if ( bPrevHallState == STATE_3 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT

                                                  + S16_60_PHASE_SHIFT );

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_6 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_120_PHASE_SHIFT );

        }

        else

        {

        }

        break;

 

      case STATE_6:

        if ( bPrevHallState == STATE_2 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_120_PHASE_SHIFT );

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_4 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_60_PHASE_SHIFT );

        }

        else

        {

        }

        break;

 

      case STATE_4:

        if ( bPrevHallState == STATE_6 )

        {

          pHandle->Direction = POSITIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_60_PHASE_SHIFT );

        }

        else if ( bPrevHallState == STATE_5 )

        {

          pHandle->Direction = NEGATIVE;

          pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift );

        }

        else

        {

        }

        break;

 

      default:

        /* Bad hall sensor configutarion so update the speed reliability */

        //pHandle->SensorIsReliable = false;

 

        break;

    }

 

 

#ifdef HALL_MTPA

    {

      pHandle->_Super.hElAngle = pHandle->MeasuredElAngle;

    }

#endif

 

    /* Discard first capture */

    if ( pHandle->FirstCapt == 0u )

    {

      pHandle->FirstCapt++;

      LL_TIM_IC_GetCaptureCH1( TIMx );

    }

    else

    {

      /* used to validate the average speed measurement */

      if ( pHandle->BufferFilled < pHandle->SpeedBufferSize )

      {

        pHandle->BufferFilled++;

      }

 

      /* Store the latest speed acquisition */

      hHighSpeedCapture = LL_TIM_IC_GetCaptureCH1( TIMx );

      wCaptBuf = ( uint32_t )hHighSpeedCapture;

      hPrscBuf =  LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx );

 

      /* Add the numbers of overflow to the counter */

      wCaptBuf += ( uint32_t )pHandle->OVFCounter * 0x10000uL;

 

      if ( pHandle->OVFCounter != 0u )

      {

        /* Adjust the capture using prescaler */

        uint16_t hAux;

        hAux = hPrscBuf + 1u;

        wCaptBuf *= hAux;

 

        if ( pHandle->RatioInc )

        {

          pHandle->RatioInc = false;  /* Previous capture caused overflow */

          /* Don't change prescaler (delay due to preload/update mechanism) */

        }

        else

        {

          if ( LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) < pHandle->HALLMaxRatio ) /* Avoid OVF w/ very low freq */

          {

            LL_TIM_SetPrescaler ( TIMx, LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) + 1 ); /* To avoid OVF during speed decrease */

            pHandle->RatioInc = true;   /* new prsc value updated at next capture only */

          }

        }

      }

      else

      {

        /* If prsc preload reduced in last capture, store current register + 1 */

        if ( pHandle->RatioDec ) /* and don't decrease it again */

        {

          /* Adjust the capture using prescaler */

          uint16_t hAux;

          hAux = hPrscBuf + 2u;

          wCaptBuf *= hAux;

 

          pHandle->RatioDec = false;

        }

        else  /* If prescaler was not modified on previous capture */

        {

          /* Adjust the capture using prescaler */

          uint16_t hAux = hPrscBuf + 1u;

          wCaptBuf *= hAux;

 

          if ( hHighSpeedCapture < LOW_RES_THRESHOLD ) /* If capture range correct */

          {

            if ( LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) > 0u ) /* or prescaler cannot be further reduced */

            {

              LL_TIM_SetPrescaler ( TIMx, LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) - 1 ); /* Increase accuracy by decreasing prsc */

              /* Avoid decrementing again in next capt.(register preload delay) */

              pHandle->RatioDec = true;

            }

          }

        }

      }

 

#if 0

      /* Store into the buffer */

      /* Null Speed is detected, erase the buffer */

      if ( wCaptBuf > pHandle->MaxPeriod )

      {

        uint8_t bIndex;

        for ( bIndex = 0u; bIndex < pHandle->SpeedBufferSize; bIndex++ )

        {

          pHandle->SensorSpeed[bIndex]  = 0;

        }

        pHandle->BufferFilled = 0 ;

        pHandle->SpeedFIFOSetIdx = 1;

        pHandle->SpeedFIFOGetIdx = 0;

        /* Indicate new speed acquisitions */

        pHandle->NewSpeedAcquisition = 1;

        pHandle->ElSpeedSum = 0;

      }

      /* Filtering to fast speed... could be a glitch  ? */

      /* the HALL_MAX_PSEUDO_SPEED is temporary in the buffer, and never included in average computation*/

      else

#endif

        if ( wCaptBuf < pHandle->MinPeriod )

        {

          pHandle->CurrentSpeed = HALL_MAX_PSEUDO_SPEED;

          pHandle->NewSpeedAcquisition = 0;

        }

        else

        {

          pHandle->ElSpeedSum -= pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx]; /* value we gonna removed from the accumulator */

          if ( wCaptBuf >= pHandle->MaxPeriod )

          {

            pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx]  = 0;

          }

          else

          {

            pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx] = ( int16_t ) ( pHandle->PseudoFreqConv / wCaptBuf );

            pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx] *= pHandle->Direction;

            pHandle->ElSpeedSum += pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx];

          }

          /* Update pointers to speed buffer */

          pHandle->CurrentSpeed = pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx];

          pHandle->SpeedFIFOIdx++;

          if ( pHandle->SpeedFIFOIdx == pHandle->SpeedBufferSize )

          {

            pHandle->SpeedFIFOIdx = 0u;

          }

          /* Indicate new speed acquisitions */

          pHandle->NewSpeedAcquisition = 1;

        }

      /* Reset the number of overflow occurred */

      pHandle->OVFCounter = 0u;

    }

  }

  return MC_NULL;

}

发表于 2021-11-29 10:20

其中pHandle->HallState是通过读取三个霍尔传感器的引脚电平得到的。当出现0或7时，程序设置传感器不可靠pHandle->SensorIsReliable = false;，并将速度设成0，不再进行速度读取。当我把这行注释掉，电机可以运行，不会再停下来。但是会出现异音的情况。我猜是因为霍尔的位置检测有错误时，电角度的位置和方向信息都不会更新，而这些信息在后面的FOC控制中会用到，所以导致转子转动不连贯，出现了震动。

发表于 2021-11-29 10:21

2.B-Emf constant这三个参数只有在使用观测器时才会用到。RS、LS在计算电流环KP KI时用到了。

发表于 2021-11-29 10:25

发表于 2021-11-29 10:25

上图中的wc为带宽系数

在使用霍尔控制，没有用观测器时，ST电机库生成的代码只有parameters_conversion.h中的下面这段代码使用了这三个参数。

发表于 2021-11-29 10:27

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/************************* OBSERVER + PLL PARAMETERS **************************/

#define MAX_BEMF_VOLTAGE  (uint16_t)((MAX_APPLICATION_SPEED * 1.2 *\

                           MOTOR_VOLTAGE_CONSTANT*SQRT_2)/(1000u*SQRT_3))

 

/*max phase voltage, 0-peak Volts*/

#define MAX_VOLTAGE (int16_t)((MCU_SUPPLY_VOLTAGE/2)/BUS_ADC_CONV_RATIO) 

 

#define MAX_CURRENT (MCU_SUPPLY_VOLTAGE/(2*RSHUNT*AMPLIFICATION_GAIN))

 

#define C1 (int32_t)((((int16_t)F1)*RS)/(LS*TF_REGULATION_RATE))

#define C2 (int32_t) GAIN1

#define C3 (int32_t)((((int16_t)F1)*MAX_BEMF_VOLTAGE)/(LS*MAX_CURRENT*TF_REGULATION_RATE))

#define C4 (int32_t) GAIN2

#define C5 (int32_t)((((int16_t)F1)*MAX_VOLTAGE)/(LS*MAX_CURRENT*TF_REGULATION_RATE))

 

#define PERCENTAGE_FACTOR    (uint16_t)(VARIANCE_THRESHOLD*128u)      

#define OBS_MINIMUM_SPEED        (uint16_t) (OBS_MINIMUM_SPEED_RPM/6u)

#define HFI_MINIMUM_SPEED        (uint16_t) (HFI_MINIMUM_SPEED_RPM/6u)

 

/*********************** OBSERVER + CORDIC PARAMETERS *************************/

#define CORD_C1 (int32_t)((((int16_t)CORD_F1)*RS)/(LS*TF_REGULATION_RATE))

#define CORD_C2 (int32_t) CORD_GAIN1

#define CORD_C3 (int32_t)((((int16_t)CORD_F1)*MAX_BEMF_VOLTAGE)/(LS*MAX_CURRENT\

                                                           *TF_REGULATION_RATE))

#define CORD_C4 (int32_t) CORD_GAIN2

#define CORD_C5 (int32_t)((((int16_t)CORD_F1)*MAX_VOLTAGE)/(LS*MAX_CURRENT*\

                                                          TF_REGULATION_RATE))

#define CORD_PERCENTAGE_FACTOR    (uint16_t)(CORD_VARIANCE_THRESHOLD*128u)      

#define CORD_MINIMUM_SPEED        (uint16_t) (CORD_MINIMUM_SPEED_RPM/6u)

发表于 2021-11-29 10:28

3.仅使用编码器作为位置反馈时，效果比仅使用霍尔的时候要好。测得的速度也要稳定。如果启动电机，电机不转并且电流一直上升，可能是因为编码器AB相的接线反了。另外启动电机前需要进行Encoder Align 操作。

发表于 2021-11-29 10:29

4.仅使用编码器作为位置反馈时，我发现测得的速度变化时都是以6的倍数来变化的。并且当速度过小，电机可能转不起来。另外当电机速度很小，力矩会比较小。力矩增大需要速度PI控制器的误差积分慢慢增加来提高输出力矩。

发表于 2021-11-29 10:30

5.我发现st电机库中采样a,b相电流后没有进行数字滤波就直接使用了。用DAC的debug功能在示波器上看到相电流的正弦波形上会有杂波。另外，当设定好Iq和Id参考值后，Iq和Id对应的PI控制器输出相应的Vq和Vd，经过反Park变换后送到SVPWM模块生成相应的PWM波形控制6个MOS管。

发表于 2021-11-29 10:31

发表于 2021-11-29 10:33

这个过程中测量得到的Iq和Id一直在参考线上波动。如下图：

发表于 2021-11-29 10:34

6.只使用编码盘作为速度反馈时，电机在低速时不能正常运行，有时会反转成最大速度。另外电机在100rpm这个转速运行时，会突然变速，有时会导致under voltage报警。

发表于 2021-11-29 10:34

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