[电机应用] 无感BLDC控制介绍

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 楼主 | 2020-1-16 17:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 AutochipsMCU 于 2020-1-16 17:34 编辑

BLDC控制资源使用情况
   模块   
   功能   
   ADC      1.注入组采总线电流,在PWM中点进行采样   
   CTU      配置ADC采样时机   
   ACMP0      无感BLDC才需要   1.反电动势过零点检测   
   PWDT      1.HALL信号检测   2.速度检测   
   PWM2      输出6路PWM   
   Timer      无感BLDC才需要   延迟换相   

有感BLDC控制
来张比较直观的动图。该图体现出了HALL信号,相电压,MOS管导通之间的关系。对方波的控制方式不太熟悉的可以多琢磨琢磨。
20200116_162055.gif

1579163289360.png 1579163301829.png



方波控制换相顺序:
1579163356941.png

无感BLDC控制
无感BLDC控制和带HALL BLDC控制差别在于换相时间点的不同。无感BLDC可通过反电动势检测电路来确定转子位置,换相时机在不考虑延迟等因素影响的情况下,比HALL换相晚30电角
反电动势检测电路
1579163924782.png
过零检测
1579163946567.png
BLDC控制换相时机
   电机类型   
   六步方波控制换相时机   
   有传感(带HALL)      HALL信号变化时直接换相   
   无传感(BEMF)      反电动势过零点后延迟30电度   

无感BLDC启动流程
  • 脉冲注入识别初始位置
  • 强吸转子初始位置预定位
  • 开环加速启动
  • 闭环控制
启动流程图
1579164025562.png
脉冲注入法识别初始位置
基本原理:根据定子铁芯非线性饱和效应的特征,向定子绕组施加一系列等宽的短时检测电压矢量,依据母线响应电流的大小来辨别转子初始位置区间。
硬件条件:
    1.主拓扑为三相全桥
    2.需采样母线电流
    3.电机为永磁电机(BLDC或PMSM)
适用场景:启动时,转子处于静止状态。
1579164097285.png

转子预定位
如果脉冲注入法不成功,再来一个备选机制(这一步也可以省掉,一般用不到),通过强吸的方式把转子吸到指定位置,开环启动以该位置开始启动。
1579164209147.png
开环加速启动
升压升频启动
不断的改变PWM的占空比以及每一相的导通时间,使电机慢慢的从静止状态加速转起来
1579164850831.png

闭环控制
  • 双环PID控制
  • 控制参数标幺
  PID控制器
   输入值   
   反馈值   
   输出   
   速度环      目标速度      当前转速      目标电流   
   电流环      目标电流      实际电流      占空比变化量   

1579164912546.png

增量式PID实现
1579164927636.png
控制对象标幺
控制电机运行时,控制目标可能是电流、转速、位置等参数,需提前将所需控制量标幺到某个Q格式。
控制对象为转速时:
     假设最大电机转速为3000RPM,设置Q15格式。
      程序中电流数值为2^15=32768时,等于实际控制转速为3000RPM(对应50RPS)。
      反馈转速需做相应处理:
      PID反馈转速 = 计算转速(RPM)* 32768(Q15)/ 3000RPM
控制对象为电流时:
      假设最大电机电流为10A,设置Q15格式。
      程序中电流数值为2^15=32768时,等于实际控制电流10A。
      由于反馈电流通过采样电阻,通过OP放大之后由MCU进行ADC采样,反馈电流需做相应处理:
      PID反馈电流 = ADC值* 32768(Q15)*5(ADC电压范围)/ R(shunt 电阻大小) /opGainVal/ adcRange /10A

平台移植注意事项

1.PWM极性&PWM模式是否匹配?
    先不接或不焊MOS管,通过示波器测量PWM波形,确保配置不会导致上下桥臂同时导通。
2.PWM通道是否与UVW线序对应上?
    不同的硬件平台可能UVW相对应的PWM通道有改动。
1579165097355.png
3.PWM死区是否足够?
  有些预驱芯片自带死区,MCU可不配置死区。有的预驱不带死区,MCU必须配置死区,死区时间与MOS管栅极电容有关,一般软件配为2us。可通过示波器测量上下桥臂MOS栅极控制信号波形,来确认死区时间是否OK。
4.PWM FALUT是否有效?
    配置PWM时需根据硬件配置好PWM FALUT,并确保出现大电流时,FALUT能生效。
5.ADC采样时机是否正确?
  ADC采样在PWM导通的中点进行采样。采样时机是通过CTU进行配置。需注意PWM_TRIGGER_DELAY_CNT值不能超过255,该值与PWM频率相关。
1579165174853.png
1579165183404.png
6.电流采样放大倍数是否与硬件匹配?
  电流放大倍数对应代码fan_type.h中CURRENT_GAIN宏。
1579165210137.png
7.ACMP配置是否与硬件一致?
pollingChangeSeq与HALL ABC输入的ADC通道有关。如果是1,2,3通道,该值为:0x001110 =14。
1579165262056.png
8.PWDT滤波器配置。
    滤波器设置时需考虑是否会影响达到最大转速。
1579165349558.png
9.转速计算方式
下图128分频与PWDT配置分频有关,配置调整时,此处需要对应调整。
1579165406111.png
10.30电度延时换相
1579165429958.png





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| 2020-1-16 21:55 | 显示全部楼层
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| 2020-1-18 09:12 | 显示全部楼层
这个软件开发包发一下吧

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| 2020-1-21 22:33 | 显示全部楼层

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| 2020-2-8 11:57 | 显示全部楼层
如果真正理解了 也成了电机专家了!

看了半天 那个动图gif 都没有看明白咋回事儿,,,

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 楼主 | 2020-2-8 12:42 | 显示全部楼层
goodluck09876 发表于 2020-2-8 11:57
如果真正理解了 也成了电机专家了!

看了半天 那个动图gif 都没有看明白咋回事儿,,, ...

20200116_162055.gif
这个图体现的是HALL信号(右上),MOS管开关状态(右下)以及反电动势(右中)三者之间的关系。
左图中可知三相与HALL传感器的安装位置是:A-H3(编号为H3的传感器安装在A相定子上),B-H2,C-H1。

本图主要关注右上(HALL信号)与右下(MOS管开关状态)的关系。
6步方波换相是基于HALL信号来进行换相的。
比如HALL状态为(010)H1H2H3时,MOS管的导通状态为B+A-(B相MOS管上半桥,A相MOS管下半桥导通,其余4个MOS管关断。)

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 楼主 | 2020-2-8 12:56 | 显示全部楼层
AutochipsMCU 发表于 2020-2-8 12:42
这个图体现的是HALL信号(右上),MOS管开关状态(右下)以及反电动势(右中)三者之间的关系。
左图中 ...

这张图相线和HALL信号命名有些不规则。
现在的对应关系:
A-H3,B-H2,C-H1
把ABC改成UVW,H3H2H1改成ABC,这样比较符合我们通常的命名,更容易理解一些。

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| 2020-2-8 13:36 | 显示全部楼层
AutochipsMCU 发表于 2020-2-8 12:42
这个图体现的是HALL信号(右上),MOS管开关状态(右下)以及反电动势(右中)三者之间的关系。
左图中 ...

请问一下,这个是不是说磁铁的中心靠近霍尔传感器的时候 才会出现一个波峰?

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| 2020-2-8 13:38 | 显示全部楼层
比如说下图中的这个波形,这个是实际测量出来的吧?示波器测出来的吗?
C1.png

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| 2020-2-8 13:45 | 显示全部楼层
这个可以使用软件自学习吗?可以用到吸尘器、扫地机器人上面没?

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 楼主 | 2020-2-8 16:35 | 显示全部楼层
goodluck09876 发表于 2020-2-8 13:38
比如说下图中的这个波形,这个是实际测量出来的吧?示波器测出来的吗?

这个是反电动势的理论值(BLDC是梯形波,PMSM是正弦波),实际很难量出这种效果。

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fcccc 2020-2-19 20:37 回复TA
实际上也差不多,如果是直流供电,六步控制当占空比100%时,相电压基本上就是这个波形. 
 楼主 | 2020-2-8 16:38 | 显示全部楼层
arduino999 发表于 2020-2-8 13:45
这个可以使用软件自学习吗?可以用到吸尘器、扫地机器人上面没?

HALL FOC通过软件可以自学习。目前需要在debug模式进行自学习。电机相关配套的上位机软件还在测试中,上半年会推出。目前还没有吸尘器,扫地机器人项目。

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AutochipsMCU 2020-2-20 09:56 回复TA
@fcccc :您所指的用户定义是指哪方面呢? 
AutochipsMCU 2020-2-20 09:55 回复TA
@fcccc :100-1000hz 默认是800HZ 
fcccc 2020-2-19 20:40 回复TA
用户可以定义吗? 
fcccc 2020-2-19 20:39 回复TA
目前FOC的HFI是注入多少频率? 
| 2020-2-8 17:51 | 显示全部楼层
吸尘器、扫地机器人那种吸尘器或者高功率是属于风速的吧?

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| 2020-2-17 15:31 | 显示全部楼层
AutochipsMCU 发表于 2020-2-8 16:38
HALL FOC通过软件可以自学习。目前需要在debug模式进行自学习。电机相关配套的上位机软件还在测试中,上 ...

这个真是一个好消息。。。希望我们的国产的也可以和TI ST 英飞凌之类的有一拼。。。

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 楼主 | 2020-2-17 15:37 | 显示全部楼层
arduino999 发表于 2020-2-17 15:31
这个真是一个好消息。。。希望我们的国产的也可以和TI ST 英飞凌之类的有一拼。。。 ...

任道重远,需我辈一起共同努力

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| 2020-2-18 09:21 | 显示全部楼层
当年TI推出他们的风琴系列的picolo芯片时,那是多么早的一件事情。。。现在转眼过去了这么多年。

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| 2020-2-18 09:22 | 显示全部楼层
当时他们的讲师在研讨会上,说未来必定是无刷电机的应用世界。尤其是家电、玩家等非工业的应用。
看来,TI的确是走到了前面。现在国产的芯片也跟上了。。。

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 楼主 | 2020-2-18 09:32 | 显示全部楼层
god9987 发表于 2020-2-18 09:22
当时他们的讲师在研讨会上,说未来必定是无刷电机的应用世界。尤其是家电、玩家等非工业的应用。
看来,TI ...

毫无疑问,他们是这个行业的老大哥。

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| 2020-2-19 20:31 | 显示全部楼层
资料挺好,示例代码简洁美观.

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| 2020-2-24 21:24 | 显示全部楼层
资料确实不错,如果真的理解了,对电机就有更好的理解了。如果能够通俗易懂就更好了。

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