STM32f103 SMO滑膜观测器的无感无刷FOC驱动DIY

只看该作者 · 2023-1-31 16:43

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。

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）。

只看该作者 · 2023-1-31 16:45

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。

只看该作者 · 2023-1-31 16:50

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。

只看该作者 · 2023-1-31 16:50

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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void Motor_IFStart(void)

{

    Angle_Acc(Angle);

    AngleSin_Cos.IQAngle = Angle.Set;//角度

    pi_iq.Ref = IqStart; //启动电流设置

 

    ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流

   

    

     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

  /**************Clark变换****************/

     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;

     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;

     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 

    

  /**************Park变换****************/   

     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;

     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;

     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;

     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;

     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 

    

 /************d轴控制器*******************/    

     pi_id.Ref = 0; //给定id

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

     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器

     

 /************q轴控制器*******************/    

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

     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 

     

  /************PARK逆变换*******************/     

     IparkU.Ds = pi_id.Out;

     IparkU.Qs = pi_iq.Out;

    

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

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

 

     PARKinv_MARCO(IparkU) 

  

     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;

     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;

     

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

 

     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比

     PWM_CMP(); //得到PWM比较值    

}

只看该作者 · 2023-1-31 16:53

SMOloop

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void SMO_SpeedLoop(void)

{  

 

    PWMZD_count++;

    if(PWMZD_count==25)

          {

            PWMZD_count=0; 

      SMO_Speedcale();

      pi_spd.Ref = SpeedRef;

      pi_spd.Fbk = Speed_estPare.Speed_RPM;

      PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度环PI  

    } 

  

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

    pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出

    

    ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流

        

     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

  /**************Clark变换****************/

     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;

     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;

     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 

    

  /**************Park变换****************/   

     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;

     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;

     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;

     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;

     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 

    

 /************d轴控制器*******************/    

     pi_id.Ref = 0; //给定id

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

     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器

     

 /************q轴控制器*******************/    

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

     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 

     

  /************PARK逆变换*******************/     

     IparkU.Ds = pi_id.Out;

     IparkU.Qs = pi_iq.Out;

    

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

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

 

     PARKinv_MARCO(IparkU) 

  

     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;

     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;

     

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

 

     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比

     PWM_CMP(); //得到PWM比较值    

}

只看该作者 · 2023-1-31 16:54

Hallloop

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void Mode_Hall_loop(void) 

{

    PWMZD_count++;

    if(PWMZD_count==25)

          {

            PWMZD_count=0;

            Hall_Three_Speedcale(); 

 

      pi_spd.Ref = SpeedRef;

      pi_spd.Fbk = Hall_Three.Speed_RPM;

      PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度PI控制器 

    }

    

     ThreeHallanglecale();//得到角度

    

     AngleSin_Cos.IQAngle = Hall_Three.ele_angleIQ;

 

     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流

       

     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);

    /*****************************************************************************/

   

    

  /**************Clark变换****************/

     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;

     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;

     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 

    

  /**************Park变换****************/   

     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;

     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;

     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;

     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;

     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 

    

 /************d轴控制器*******************/    

     pi_id.Ref = 0; //给定id

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

     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器

     

 /************q轴控制器*******************/    

     pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出

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

     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 

     

  /************PARK逆变换*******************/     

     IparkU.Ds = pi_id.Out;

     IparkU.Qs = pi_iq.Out;

    

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

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

 

     PARKinv_MARCO(IparkU) 

   

     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;

     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;

     

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

    

     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比

     PWM_CMP(); //得到PWM比较值

        

}

只看该作者 · 2023-1-31 16:55

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。

只看该作者 · 2023-1-31 16:56

这是Iabc的波形。

只看该作者 · 2023-1-31 16:59

这是SMO波形

只看该作者 · 2023-1-31 16:59

这是速度speed波形

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

只看该作者 · 2023-4-11 20:22

很不错，学习了，这么好的帖子这么没人回复

只看该作者 · 2024-4-22 08:17

会占用PCB的空间，成本也会更高。

只看该作者 · 2024-4-22 09:20

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。

只看该作者 · 2024-4-22 12:19

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

只看该作者 · 2024-4-22 15:18

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只看该作者 · 2024-4-22 18:17

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