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[电机控制专用MCU] 【APM32M3514电机通用评估板评测】开箱与更新程序+电机运转

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 楼主| yinwuqing110 发表于 2025-1-19 19:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
APM32M3514, 电机, 评估板, FOC, 开箱
一、概述       周末收到开发板了，今天来分享一下。这款APM32M3514电机通用评估板是极海半导体针对电机应用推出比较新的设计方案。设计了双电阻采样矢量控制方案，使用了闭环的滑模观测器估算方案。设计的参考规格如下：

设计规格.png
        APM32M3514是一款基于Arm Cortex M 0+内核，集成FOC算法中常用的数**算加速器（CordicCordic，SvpwmSvpwm，硬件除法器等），并且集成了运放、比较器等模拟外设，内置6N 200V预驱，以及CAN控制器的高性能电机控制专用MCU。
二、开箱
      开发板一如既往的采用极海精美的纸盒封装，防静电袋包装，咱们废话不多说，直接上图吧。
防静电袋包装.jpg
正面.jpg
背面.jpg
       由上面的几张开箱图，简单评述一下。该板的整体插座接口并不像其它电机板一样，没有超出PCB尺寸范围，这样显得更紧凑。板子的四面都有插座接口，分布均匀，标记丝印简洁明了，背面没有设计其它电子元器件，走线、过孔清晰，设计规范。
三、上电检测
   为了第一时间检测板子有无硬件问题，需要给板子上电简单测试一下。
       A、如果没有连接电机供电接口(即P1端子)，只是使用Type-C数据线给板子上电，板上LED都没亮。若Type-C数据线另一端连接电脑，则会听到插入的提示音。
       B、使用杜邦线连接J6的debug调试接口，此时才会发现板上的LED正常点亮，并且绿灯闪烁。
       C、根据FOC直流电机的线束标注，将自购的FOC直流电机连接到开发板中，并连接24V开关电源，然而通过操作板上的旋钮电位器，并没成功启动直流电机。
FOC电机的UWV相.jpg
FOC电机Hall接口.jpg
       这样操作一番，只能直观得看到板上的LED灯被点亮，说明出厂默认程序只是点灯例程？需要用户自行更新FOC电机驱动程序。
上电测试.jpg
四、环境搭建
      由于SDK官方对外并不完全开源，有需要的网友可通过网页申请获取。提供的工程是基于MDK的，因此需要第一时间安装Keil的pack支持包。
Geehy.APM32M35XX_DFP.1.0.0.zip (1.22 MB, 下载次数: 9)
         使用Keil5（version:5.38.0.0）打开“APM32M3514_FOC_V1.0”工程，默认参数下，暂且不做修改，全编译ok。默认参数为：
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  1. #ifndef __PARAMETER_H_
    

  2. #define __PARAMETER_H_
    


  3. 

  4. /*System setting*/
    

  5. #define SYS_REFV                                    3.3f       //  unit:v      MCU VCC must be 5.0V or 3.3V         
    

  6. #define SYSCLK_HSE_72MHz                            72000000   //  unit:Hz     MCU 主频
    


  7. 

  8. #define PWMFREQ                                     16000      //  unit:Hz  载波频率
    

  9. #define PWM_PERIOD                                  (SYSCLK_HSE_72MHz/PWMFREQ/2) 
    

  10. #define DEAD_TIME                                   (1.0f * SYSCLK_HSE_72MHz/1000000)      //  unit:us  死区时间
    

  11. #define SLOWLOOP_FREQ                               1000       //  unit:Hz  慢环频率
    


  12. 

  13. /*Board parameter setting*/
    

  14. /*Current相电流采样设置*/
    

  15. #define ADC_REFV                                    SYS_REFV
    

  16. #define R_SHUNT                                     (0.02f)    //  unit:ohm     相电流采样电阻
    

  17. #define CURRENT_OPA_GAIN                            (4.86f)    //  unit:ohm     运放放大倍数，使用2K/10K电阻组合，结合内部耦合电阻计算得出
    

  18. /*偏置1.6V，I_MAX=1.6/Gain/Rs */
    

  19. /*  I/Ibase *Rs*OP_Gain = (V-Voffset)/32768 * 3.3     右侧为实际电压值
    

  20.     IGAIN = 3.3/OP_Gain/Rs/Ibase                      偏置已经被去除
    

  21. */
    

  22. #define I_MAX                                       (16.46f)   //  unit:A       最大相电流，此作为电流基准
    

  23. #define IGAIN_Q10                                   (2113)
    


  24. 

  25. /*Voltage母线电压采样设置*/
    

  26. #define UDC_MAX                                     (69.3f)     //  unit:V      Max DC Voltage of Hardware 
    

  27. #define DCBUS_OVER                                  Q15(48.0f/UDC_MAX)     //pu unit:V 
    

  28. #define DCBUS_UNDER                                 Q15(20.0f/UDC_MAX)     //pu unit:V
    

  29. /*Vsp旋钮电压采样设置*/
    

  30. #define VSP_MIN_VOL                                 0.5f        // unit:V 旋钮最低有效电压
    

  31. #define VSP_MAX_VOL                                 2.5f        // unit:V 旋钮最高有效电压
    

  32. #define VSP_MIN_AD                                  Q15(VSP_MIN_VOL/ADC_REFV)
    

  33. #define VSP_MAX_AD                                  Q15(VSP_MAX_VOL/ADC_REFV)
    

  34. /*转速控制设置*/
    

  35. #define MIN_RPM                                     50          // unit:RPM 最低转速
    

  36. #define MAX_RPM                                     3000        // unit:RPM 最高转速
    


  37. 


  38. 

  39. /*软件过流保护*/
    

  40. #define OC_VALUE                                    Q15(5.0f/I_MAX)   //pu unit:A 相电流软件过流保护设置值
    

  41. /*速度环最大输出限制设定*/
    

  42. #define SPD_PI_LIMIT                                (4.6f)                  //  unit:A 速度环PI最大输出电流
    

  43. #define SPD_PI_MAX                                  Q15(SPD_PI_LIMIT/I_MAX) //pu unit:A
    

  44. /*偏置电压保护设置*/
    

  45. #define BIAS_OVER                                   Q15(1.70f / SYS_REFV)
    

  46. #define BIAS_UNDER                                  Q15(1.55f / SYS_REFV)
    

  47. /*fault滤波过渡时间设置*/
    

  48. #define OC_TIME                                     10      // unit：times pwm cycles
    

  49. #define UV_TIME                                     10      // unit：times pwm cycles
    

  50. #define OV_TIME                                     10      // unit：times pwm cycles
    

  51. #define OS_TIME                                     10      // unit：times pwm cycles
    

  52. #define PLLERR_TIME                                 10      // unit：times pwm cycles
    

  53. /*状态机相关设定*/  
    

  54. #define SPEED_TO_THETA                              Q15(2*SPEED_CALIBRATION*POLEPAIRS/60.0f/PWMFREQ) //2*5000*2�Լ�/60/8000 Spd转速转换到Theta角度的换算系数
    

  55. /*状态切换转速阈值*/
    

  56. #define STOP_TO_RUN_SPEED                           Q15(200.0f/SPEED_CALIBRATION)                   //pu unit:RPM      if speed command higher this, Switch from Stop to Run state
    

  57. #define OBS_MINIMUM_SPEED_RPM                       300.0f                                          //unit:RPM          开环切闭环转速设定
    

  58. #define STARTUP_TO_SPIN_SPEED                       Q15(OBS_MINIMUM_SPEED_RPM/SPEED_CALIBRATION)    //pu unit:RPM      if actual speed  higher this, Switch from Startup to Spin state
    

  59. #define FREEWHEEL_SPEED                             Q15(200.0f/SPEED_CALIBRATION)                   //pu unit:RPM      if speed command lower this,  Switch to Freewheel state
    


  60. 

  61. /*PreCharge stage预充电*/
    

  62. #define PRECHARGE_TIME                              16                      //  unit:times pwm cycles  precharge time setup
    

  63. /*Align state*/
    

  64. #define CUR_ALIGN                                   Q15(0.5f/I_MAX)         //pu unit:A 定位电流大小
    

  65. #define CUR_DEC                                     Q15(0.5f/I_MAX)         //pu A/s : 定位电流斜坡减速度
    

  66. #define CUR_INC                                     Q15(0.5f/I_MAX)         //pu A/s : 定位电流斜坡加速度
    

  67. /*Startup state*/
    

  68. #define CUR_STARTUP                                 Q15(0.5f/I_MAX)         //pu unit:A 开环电流大小
    

  69. /*Transition State*/
    

  70. #define TRANSIT_CUR_DEC                             Q15(3.0f/I_MAX)         //pu A/s : 过渡电流斜坡减速度
    

  71. #define TRANSIT_CUR_INC                             Q15(3.0f/I_MAX)         //pu A/s : 过渡电流斜坡加速度
    


  72. 

  73. /*Startup开环运行状态*/
    

  74. #define STARTUP_SPD_INC                             500.0f                  //  unit:RPM/s  开环运行加速度
    

  75. /*run state */
    

  76. #define SPIN_SPD_INC                                1000.0f                 //  unit：RPM/s 闭环运行加速度
    

  77. #define SPD_DEC                                     1000.0f                 //  unit：RPM/s 运行减速度
    

  78. /*freewheel state */
    

  79. #define FREEWHEEL_TIME                              1.0f                   //  unit:s 自由停机等待时间
    

  80. /*fault state*/
    

  81. #define FAULTRELEASE_TIME                           3.0f                   //  unit:s 异常停机等待时间 
    


  82. 

  83. /*motor releated paremeter setting*/
    

  84. /*  Motor parameter     */
    

  85. #define Rs                                          0.15f                   //  unit:ohm    电阻
    

  86. #define Ls                                          0.00037f                //  unit:H      电感
    

  87. #define POLEPAIRS                                   2.0f                    //  unit:p      极对数
    

  88. #define SPEED_CALIBRATION                           (5000.0f)               //  unit:rpm    转速标定
    

  89. #define MAX_SPEED                                   (MAX_RPM)               //  unit:rpm    电机额定转速
    

  90. #define OVER_SPEED_VALUE                            Q15(3500.0f/SPEED_CALIBRATION)//pu unit:rpm  超速保护设定阈值
    


  91. 

  92. /*限制条件设定*/
    

  93. #define MAX_DUTY                                    (0.95f)                 //  百分比 最大调制占空比
    


  94. 

  95. /*电流环PI参数设定*/
    

  96. #define CUR_PI_Q                                    (15)                    //  15 or 10, can't select others, 15:Q15 format KP&KI, 10:Q10 format KP&KI 
    

  97. #define M1_IQ_KP                                    (4000)                  //   Q15 format KP of Q-axis Current loop
    

  98. #define M1_IQ_KI                                    (400)                   //   Q15 format KI of Q-axis Current loop
    

  99. #define M1_ID_KP                                    (4000)                  //   Q15 format KP of D-axis Current loop
    

  100. #define M1_ID_KI                                    (400)                   //   Q15 format KI of D-axis Current loop
    


  101. 

  102. /*速度环PI参数设定*/
    

  103. #define SPD_PI_Q                                    (15)                    //  15 or 10, can't select others, 15:Q15 format KP&KI, 10:Q10 format KP&KI
    

  104. #define M1_SPEED_KP                                 (16384)                 //   Q15 format KP of speed loop
    

  105. #define M1_SPEED_KI                                 (163)                   //   Q15 format KI of speed loop
    


  106. 

  107. /*PLL锁相环PI参数设定*/
    

  108. #define PLL_PI_Q                                    (10)                    //  15 or 10, can't select others, 15:Q15 format KP&KI, 10:Q10 format KP&KI
    

  109. #define M1_PLL_KP                                   (2560)                  //  KP of PLL
    

  110. #define M1_PLL_KI                                   (5)                     //  KI of PLL
    


  111. 

  112. /*SMO滑模参数设定*/
    

  113. #define SMO_ERR_MAX                                 Q15(0.75f)               //   Max value of SMO error
    

  114. #define SLIDE_GIAN                                  Q15(0.5f)                //   Kslide gain value 
    

  115. #define SMO_FIFO_DEPTH                              64                      //  队列深度，默认设定为64
    

  116. #define SPEED_BAND_UPPER_LIMIT                      17                      /*!<目前默认基准为16,此处为上限值设定，设置为开环切闭环转速的上限值，17/16 */ 
    

  117. #define SPEED_BAND_LOWER_LIMIT                      15                      /*!<目前默认基准为16,此处为下限值设定，设置为开环切闭环转速的下限值，15/16 */ 
    

  118. #define OBS_MINIMUM_SPEED_UNIT                      Q15(OBS_MINIMUM_SPEED_RPM/SPEED_CALIBRATION) //pu unit:RPM 最低观测转速切换节点
    

  119. #define NB_CONSECUTIVE_TESTS                        2                       //unit：times pwm cycles 连续符合切换点要求
    

  120. #define VARIANCE_THRESHOLD                          0.03f                    /*!<观测速度平稳的最大可接受方差（百分比） */
    

  121. #define PERCENTAGE_FACTOR_Q7                        (uint16_t)(VARIANCE_THRESHOLD*128u)
    


  122. 

  123. /*切换过渡方式选择*/
    

  124. #define SOFT_SWITCH_SPIN                            1                       //1:使能软切过渡 0:使能直接过渡
    

  125. /*转速给定设定方式选择*/
    

  126. #define SPD_SOFT_OR_KNOB                            1                       //0:使用软件下发转速 1:使用旋钮控制转速
    


  127. 

  128. /*功率转换系数*/
    

  129. #define PWR_CONVERSION_FACTOR                       ((uint32_t)(1.732f*I_MAX*UDC_MAX))
    

  130. #define STALL_ENABLE                                0
    

  131. #define MOTOR_VOLTAGE_CONSTANT                      (0.496f)                /*!< Volts/kRPM */
    

  132. #define SPD_TO_VOLTAGE_BEMF_GAIN                    (MOTOR_VOLTAGE_CONSTANT * SPEED_CALIBRATION / UDC_MAX /1000.0f)
    

  133. #define SPD_TO_VOLTAGE_BEMF_GAIN_Q15                Q15(SPD_TO_VOLTAGE_BEMF_GAIN)
    


  134. 

  135. /*堵转检测功能相关参数*/
    

  136. #define STALL_ERROR_THRESHOLD                       10        //unit:ms
    

  137. #define STALL_CHECK_SPD_CYCLE                       10        //unit:ms   主要与加减速有关，类似设定4000RPM/s * 10ms = 40RPM 一般确保至少有10RPM以上的限制阈值
    


  138. 

  139. #endif
五、工程编译下载
        工程编译完成后，笔者这里使用的调试器为JLink，因此Debug选择"J-LINK / J-TRACE Cortex"，然后选择Arm-Cortex M0+内核即可识别到JLink。
识别到JLink.png
        接下来要选择下载算法，如果Keil没有自动加载进来的，选择在Keil安装的目录下手动添加配置文件到Flash文件夹下，这里不再赘述。这样Keil识别到下载算法配置文件后，需确认下载应用程序的首地址。否则会报如下错误。
报错.png
     这里的下载地址应该为0x08000000H，不是则需手动改为0x08000000。
下载算法.png
六、控制电机运行效果
     FOC程序更新到板子后，扭动电位器，则可控制电机的高速旋转与减速、停止。详情如见下面视频，此次开箱检测分享到此结束，感谢各位来访！
极海APM32M3514驱动直流电机运转

硬件连线.jpg
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