[LKS32 硬件] 【LKS32MC081评测】使用凌鸥无感FOC驱动库转动手头低压电机

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yang377156216|  楼主 | 2022-6-22 17:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 yang377156216 于 2022-6-23 14:16 编辑
#申请原创#  @21小跑堂

准备工作
前面测评完一些关于外设的基础工程,尽管例程整理得不那么尽人意,但也足够让我们工程师学习和使用起来了。话不多说,开始准备拿 LKS32MC081 + 3P3N MVPOWER board (板子上的丝印貌似有问题 “LKS_EVB_MVPOWPER”)来转动我的 BLDC 马达。先得准备一些必备工具: 示波器、电流钳、数控电源、马达、一些线缆以及官方提供的例程“LKS08x_FOC_SensorLessV4.24.zip”。示波器可以是4通道的,用于勾测 U V W 三相驱动波形,加上一通道电流钳。数控电源量程不需要太高电压,本身板子也是低压款,且要带有限流功能的。我手里的马达型号是: BM57L60-24V3 ,一款云驱智能的低压 BLDC ,自带霍尔传感器,引出了 HA/HB/HC 3相信号线以及 5v电源线,再加上 U/V/W 3相驱动线,具体可以参考以下说明图纸:
云驱智能马达 BM57L60.jpg

为了转动起电机我做了哪些事儿
首先我观看了凌鸥哔站上关于电机驱动的培训视频教程,链接为: https://space.bilibili.com/184772370  ,感觉这个市场宣传做得很到位,视频剪辑得也很不错,由浅到深分了不同等级,充分考虑了不同用户的不同技术水平,点赞加分!
凌鸥创芯bilibili.png
其次,从微信群里获取到了视频教程中涉及到的所有资料,资料包含了从硬件到软件注意事项,以及关于算法中数据拟合曲线的方法,应有尽有。
培训素材资料.png
接着,根据板子上的中文说明文字提示,我选择了默认的三电阻采样方式的跳线,并且先尝试使用无感侦测位置方式,所以接线时只接了电源线和三相驱动线,霍尔接口悬空。将线缆接好后,我开启了软件工程,关于目录结构的划分我认为还是很清晰的,从硬件接口的初始化,到状态机的处理,再到用户层面参数设置和FOC 算法核心库,分层明显,流程也清晰。根据以往调机经验,我试着将 MC_Parameter.h 文件中关于电流采样方式和电机位置侦测方式等等一下参数按照板子接线情况修改了,另外还修改了电机本身相关的参数和适当调整了开环进闭环的一些时间参数、KP/KI 参数和一些保护上限参数,等等。代码中关于参数的初始化也是类似 ST 的将 .h 中数据传到 Motor 结构体中,且还有适配了一个 SEGGER_RTT 插件,利用自带的 .jscope 工程可以实时监测一些波形,很是方便。
例程工程结构.png
我只改了电机控制的相关参数,其它底层外设的配置和参数未做修改,以下为代码:
/*******************************************************************************
* 版权所有 (C)2019, LINKO SEMICONDUCTOR Co.ltd
*
* 文件名称: parameter.h
* 文件标识:
* 内容摘要: parameter config
* 其它说明: 无
* 当前版本: V1.0
* 作    者: Andrew kong, Howlet Li
* 完成日期: 2020年8月18日
*
*******************************************************************************/

/*------------------------------prevent recursive inclusion -------------------*/
#ifndef __PARAMETER_H
#define __PARAMETER_H

#include "basic.h"
#include "MC_Type.h"

/* -----------------------------Hardware Parameter---------------------------- */
#define ADC_SUPPLY_VOLTAGE             (3.6)              /* 单位: V  ADC基准电压,3.6或者2.4,大部分应用选择3.6 */
/*采样匹配电阻 1K欧, 200:10=(200/(10.4+1)=17.543859 */
#define AMPLIFICATION_GAIN             (17.543859)          /* 运放放大倍数 */   //17.543859     17.5439
#define RSHUNT                         (0.005)             /* 单位: Ω  采样电阻阻值 */
#define VOLTAGE_SHUNT_RATIO            (1.0/(20.0 * 2 + 1.0)) /* 母线电压分压比 */
#define BEMF_SHUNT_RATIO               (1.0/(20.0 * 2 + 1.0)) /* 反电势电压分压比 */

#define CURRENT_SAMPLE_TYPE            CURRENT_SAMPLE_3SHUNT /* 电流采样方式选择 */

#define ROTOR_SENSOR_TYPE              ROTOR_SENSORLESS     /* 电机位置传感器类型选择 */

/* ------------------------------Rated Parameter------------------------------ */

#define U_RATED_VOLTAGE                (24)               /* 单位:V, 电机额定工作电压,设置为正常工作电压 */
#define U_RATED_CURRENT                (3.0)              /* 单位:A, 电机额定工作电流,相电流最大值 */
#define U_MAX_FREQ                     (600.0)            /* 单位:Hz,  电机最高运行转速 */

/* ------------------------------Motor Parameter------------------------------ */
#define U_MOTOR_PP                     (5.0)              /* 电机极对数 */
#define U_MOTOR_RS                     (0.5)           /* 单位: Ω 电机相电阻 */
#define U_MOTOR_LD                     (1000)          /* 单位: uH 电机d轴电感 */
#define U_MOTOR_LQ                     (888)          /* 单位: uH 电机q轴电感 */

/* 电机磁链常数 计算公式:Vpp/2/sqrt(3)/(2*PI)/f,其中Vpp为电压峰峰值,f为电频率
   此参数仅影响顺逆风启动的速度检测,角度估算不使用些参数 */
#define U_MOTOR_FLUX_CONST             (0.0050651)      

/* ----------------------IPD 转子初始位置检测 脉冲注入时间设置---------------- */
#define SEEK_POSITION_STATUS           (FALSE)            /* 初始位置检测状态 TRUE为使能, FALSE 为不使能 */
#define U_START_ANGLE_COMP             (0)                /* 单位:度 初始位置检测补偿角度 */

#define IPD_PLUS_TIME_SETTING          (10)              /* 脉冲注入时间宽度设置 单位us */
#define IPD_WAIT_TIME_SETTING          (50)              /* 脉冲空闲等待时间宽度设置 单位us */

#define IPD_PLUS_TIME_WIDTH            (u32)(IPD_PLUS_TIME_SETTING*(MCU_MCLK/1000000))   /* 脉冲注入时间宽度设置 单位clk */
#define IPD_PLUS_WAIT_TIME             (u32)(IPD_WAIT_TIME_SETTING*(MCU_MCLK/1000000))   /* 脉冲空闲等待时间宽度设置 单位clk */

/* -------------------------------HALL自学习设置------------------------------- */
#define HALL_LEARN_CURRENT_SETTINT     (1.0)              /* HALL自学习电流设定,单位: A */

/* ----------------------------direction check Parameter----------------------- */
#define CW                             (0)                /* 电机转向:顺时针 */
#define CCW                            (1)                /* 电机转向:逆时针*/


/* ------------------------------ADC校准相关参数设置---------------------------- */
#define CALIB_SAMPLES                  (512)              /* ADC偏置校准次数,不可修改 */
#define OFFSET_ERROR                   (3500)             /* ADC偏置误差阈值,不用修改 */

/* ----------------------------预驱自举电容预充电参数--------------------------- */
#define CHARGE_TIME                    (100)              /* 每相预充电时间,根据实际硬件参数修改 */


/* -------------------------------- 顺逆风检测参数------------------------------ */
#define SPEED_TRACK_DELAYTIME          (500)              /* 单位: ms 顺逆风检测时间  */
#define SPEED_TRACK_ON_FREQ_THH        (100)               /* 单位: Hz 顺风切闭环频率 */
#define EBRK_ON_FREQ_THH               (200)               /* 单位: Hz 逆风刹车频率 */

#define MOTOR_STOP_CUR_THD             (120)              /* 电机停止检测电流阈值 */
#define MOTOR_STOP_CUR_DIF_THD         (12)               /* 电机停止检测电流差阈值 */

#define STOP_TIME                      (10)               /* 单位:ms 电机停止检测滤波时间,根据实际负载修改 */
#define STOP_DELAY_TIME                (200)              /* 单位: ms 电机停止后延迟时间,根据实际负载修改。修改依据:电机在判定为停止后还在转动就加大延迟时间 */

/*------------------------------------预定位参数---------------------------------*/
#define ALIGN_ANGLE                    (0)                /* 单位:度 预定位角度 */
#define U_START_CUR_SET_F              (0.2)              /* 单位: A 第一段定位电流 */
#define U_START_CUR_SET_S              (0.5)              /* 单位: A 第二段定位电流 */
#define DC_HOLDTIME_TIME_LENTH         (150)               /* 单位: ms 第一段定位时间 */
#define DC_HOLDTIME_TIME_LENTH_STAGE1  (300)               /* 单位: ms 第二段定位时间 */
#define DC_ALIGN_TOTAL_LENTH            \
       (DC_HOLDTIME_TIME_LENTH + DC_HOLDTIME_TIME_LENTH_STAGE1)/* 定位总时长 */

#define ALIGN_CURRENT_ACC              (0.3)              /* 单位: (1/8)A/ms  定位电流加速调整值  初始位置检测使能后给到最大值,不能超过30,否则数据会溢出。 */
#define ALIGN_CURRENT_DEC              (0.3)              /* 单位: (1/8)A/ms  定位电流减速调整值  初始位置检测使能后给到最大值,不能超过30,否则数据会溢出。 */

/*---------------------------------开环参数------------------------------------*/
#define OPEN_ANGLE_TAG_FREQ            (20.0)             /* 单位:Hz 开环拖动最终频率 */
#define FREQ_ACC                       (2.0)              /* 单位:(1/128)Hz/ms 开环拖动频率加速调整值 */
#define FREQ_DEC                       (2.0)              /* 单位:(1/128)Hz/ms 开环拖动频率减速调整值 */

#define OPEN_RUN_STATUS                (FALSE)            /* 开环状态 TRUE = 开环运行, FALSE = 闭环运行 */
  
#define MATCH_TIME                     (5)                /* 估算和给定电流匹配次数 */

/*---------------------- -----开环闭环切换过渡参数------------------------------*/
#define OPEN2CLOSE_RUN_COV_TIME        (30)               /* 开环闭环切换过渡时间:单位:mS */
#define OPEN2CLOSE_RUN_CURRENT_RAMP    (0.05)             /* 开环闭环切换过渡内,D,Q轴电流变化斜率。单位:A/ms */

/*-----------------------------------环路选择----------------------------------*/
#define CURRENT_LOOP                   (0)                /* 电流环 */
#define SPEED_LOOP                     (1)                /* 速度环 */
#define POWER_LOOP                     (2)                /* 功率环 */
#define CLOSE_LOOP                     (SPEED_LOOP)     /* 环路选择 */

/* ------------------------------观测器PLL PI参数----------------------------- */
#define PLL_KP_GAIN                    60                 /* PLL_Kp 估算器Kp */
#define PLL_KI_GAIN                    20                 /* PLL_Ki 估算器Ki */

/*----------------------------------电流环参数---------------------------------*/
#define IQ_SET                         (0.3)              /* 单位:A IqRef,Iq给定值 */

#define VQMAX                          (6000)             /* Q轴最大输出限制,Q15格式,取值范围0~6000 */
#define VQMIN                          (-6000)            /* Q轴最小输出限制,Q15格式,取值范围0~-6000 */

#define VDMAX                          (6000)             /* D轴最大输出限制,Q15格式,取值范围0~6000 */
#define VDMIN                          (-6000)            /* D轴最小输出限制,Q15格式,取值范围0~6000 */

#define P_CURRENT_KP                   (2000)             /* 电流环Kp,实际运用的Kp会根据这个值和电机参数计算出最终的Kp */
#define P_CURRENT_KI                   (1000)              /* 电流环Ki,实际运用的Kp会根据这个值和电机参数计算出最终的Ki */

#define AUTO_FW_SPEED                  (100)               /* 转速的模到达此值,开启自动弱磁,单位HZ*/
#define AUTO_FW_LIM                    ((s16)0)            /* 自动弱磁D轴电流限制,Q12格式,最大值 4096 */

#define TORQUE_MODE_CURRENT_CHANGE_ACC (0.1)              /* 单位:A/ms 电流加速调整值 */
#define TORQUE_MODE_CURRENT_CHANGE_DEC (0.1)              /* 单位:A/ms 电流减速调整值 */

/*----------------------------------速度环参数-------------------------------*/
#define POWER_LIMIT_STATUS             (FALSE)            /* 限功率状态,TRUE = 使能,FALSE = 不使能 */
#define POWER_LIMIT_VALUE              (10.0)             /* 单位:W   限制功率的大小 */
#define POWER_LIMIT_TIME               (5)                /* 单位:速度环周期,  限功率计算周期 */
#define POWER_LIMIT_SPEED              (10)               /* 单位:Hz  限功率转速给定,根据实际应用来设置, */

#define SPEED_SET                      (100)               /* 单位:Hz  速度给定值 */
#define SPEED_LOOP_CNTR                (0)                /* 单位:ms  速度环路计算周期 */

#define STATE04_WAITE_TIME             (100)              /* Unit: ms 速度变量初始化时间 */

#define P_ASR_KP                       (2000)             /* 速度环Kp */
#define P_ASR_KI                       (800)              /* 速度环Ki */

#define IQMAX                          (3.0)                /* 单位:A, 速度环输出最大值 */
#define IQMIN                          (-3.0)               /* 单位:A, 速度环输出最小值 */

#define SPEED_RUN_ACC                  (0.1)              /* 单位 (1/128)Hz 速度加速调整值 */
#define SPEED_RUN_DEC                  (0.1)              /* 单位 (1/128)Hz 速度减速调整值 */

/*------------------------------------功率环参数-------------------------------*/
#define SPPED_LIMIT_STATUS             (FALSE)            /*  限转速状态,TRUE = 使能,FALSE = 不使能 */
#define SPEED_LIMIT_VALUE              (100.0)            /* 单位:Hz  限制转速的大小 */
#define SPEED_LIMIT_TIME               (5)                /* 单位:ms  功率环周期, 限转速计算周期 */
#define SPEED_LIMIT_POWER_VALUE        (10)               /* 单位:W   限转速功率给定 */

#define POWER_SET                      (20)               /* 单位:W  功率给定值 */
#define POWER_LOOP_CNTR                (1)                /* 单位:ms  功率环路计算周期 */
                                                                  
#define POWER_KP                       (3000)             /* 功率环Kp */
#define POWER_KI                       (300)              /* 功率环Ki */

#define POWER_IQMAX                    (1.0)              /* 单位:A, 功率环输出最大值 */
#define POWER_IQMIN                    (-1.0)             /* 单位:A, 功率环输出最小值 */
                                                                  
#define POWER_RUN_ACC                  (2.0)              /* 单位 w 功率加速调整值 注意POWER_RUN_ACC和POWER_RUN_DEC不能太小,结合拟合参数设置,实际程序中的加减速值不能能小于0. */
#define POWER_RUN_DEC                  (2.0)              /* 单位 w 功率减速调整值 */

/*------------------------------------FaultDetection---------------------------*/
/* 过流检测参数 */
#define I_PH_OVERCURRENT_FAULT         (5.0)              /* 单位:A 软件过流检测设定值 */

/* 过欠压检测参数 */
#define U_DCB_OVERVOLTAGE_FAULT        (60.0)               /* 单位:V 过压检测设定值 */
#define U_DCB_OVERVOLTAGE_RECOVER      (59.5)               /* 单位:V 过压恢复设定值 */
#define U_DCB_UNDERVOLTAGE_FAULT       (20.0)               /* 单位:V 欠压检测设定值 */
#define U_DCB_UNDERVOLTAGE_RECOVER     (20.5)             /* 单位:V 欠压恢复设定值 */

/* 离水空转参数 */
#define I_PH_EMPTY_FAULT               (0.3)              /* 单位:A 空转检测电流设定值 */
#define SPEED_EMPTY_FAULT              (50.0)             /* 单位:Hz 空转检测转速设定值  */

/* 温度检测参数 */
#define TEMP_FAULT                     (150)              /* 过温检测设定值 */
#define TEMP_RECOVER                   (170)              /* 过温恢复设定值 */
#define TEMP_BREAK                     (4000)             /* NTC开路设定值 */
                                                                  
/* 堵转检测参数 */
#define SPEED_STALL_MAX_FAULT          (100.0)            /* 单位:Hz 堵转检测转速最大值 */
#define SPEED_STALL_MIN_FAULT          (10.0)             /* 单位:Hz 堵转检测转速最小值 */

#define I_PH_STALL_FAULT               (1.5)              /* 单位:A 堵转检测电流设定值 */

#define SPEED_STALL_FAULT              (20.0)             /* 单位:Hz 堵转检测转速设定值 */
#define IQ_STALL_FAULT                 (0.2)              /* 单位:A 堵转检测电流设定值 */

/* 二次启动检测参数 */
#define START_TIME_FAULT               (200)              /* 单位:5ms 开环之后1s内还不进入闭环就重启,1s这个时间根据实际应用调整 */

/* 缺相检测参数 */
#define I_PHASE_LOSS_FAULT             (3000)             /* 数字量,根据实际测试中struCurrentAmplitude.nPhA/struCurrentAmplitude.nPhB/struCurrentAmplitude.nPhC */
                                                          /* 的计算值来设定,在缺相和正常运行的中间取值。 */
/* 故障恢复时间 */
#define VOLT_FAULT_RECOVER_TIME        (2000)             /* 单位:ms  过欠压恢复时间 */
#define CURRENT_FAULT_RECOVER_TIME     (2000)             /* 单位:ms  过流恢复时间 */
#define STALL_FAULT_RECOVER_TIME       (2000)             /* 单位:ms  堵转恢复时间 */
#define PHASELOSS_FAULT_RECOVER_TIME   (2000)             /* 单位:ms  缺相恢复时间 */
#define TEMP_FAULT_RECOVER_TIME        (2000)             /* 单位:ms  过温恢复时间 */
#define START_FAULT_RECOVER_TIME       (1000)             /* 单位:ms  二次启动恢复时间 */
#define EMPTY_FAULT_RECOVER_TIME       (2000)             /* 单位:ms  离水空转恢复时间 */



#endif  /* __PARAMETER_H */

/************************ (C) COPYRIGHT LINKO SEMICONDUCTOR **********************/
/* -----------------------------------END OF FILE------------------------------- */
修改好后,接通电源给板子供 24v 直流电源,设置限流到 1.2A ,然后顺时针方向调节 ADC 旋钮,可以看到电机顺畅地转动起来了,期间抖动了一下,后面转动平稳,效果还不错,下面是转动的动图:
BL5760 MC_24V3A .gif
这不是夏天到了吗,我特意加了个扇叶,看到电机转起来了,心很热身体凉爽了 可能是过于开心了,忘记勾波形了,整体顺风启动和堵转启动的效果还是不错的,可能是有些超调,开环的速度会到挺高的,后面再更改一下参数试试。另外,带霍尔的以及三相MOS 内阻采样方式的也还未测试,不过相信也都不差的。

转完电机后有些话想问
1. 用 SEEGER RTT 替代串口调机工具似乎不那么完美吧?后续是否提供上位机调机、配置工具?可参考一下其它一些友商的,如: Autochip 的、晶丰明源的,或者用开源的 BLDC tool 、 本杰明的 VESC tool 。
ATC 的 motor studio.png 晶丰明源 电调工具.jpg 本杰明电调 vesc tool 主页.png

2. 这个板子是否可以使用六步方波驱动? 原厂能否提供一些参考示例,有些水泵应用也有方波驱动需求,另外想对比看看哪种驱动方式能效比更高。
3. DSP 协处理模块在该驱动示例中起到了怎样的关键作用?如果把它去除用软件实现效果能否跟上呢?


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评论回复
我喜欢打游戏| | 2022-6-23 16:41 | 显示全部楼层
你这个是无感啊,传感器选择是无感的

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