單電阻三電阻FOC電機控制開源板調(diào)試及硬件電路

STEVAL-05FM1（基于030C8T6）單電阻三電阻FOC電機控制開源板調(diào)試文檔詳細說明

（主芯片：STM32F030C8T6）

一、硬件說明

1.1圖紙說明

5V穩(wěn)壓電路：就給霍爾傳感器或編碼器供電用，如果是無感啟動不用；

盡量選擇高頻率DCDC的轉(zhuǎn)換芯片，頻率越低更容易引入一些噪聲；

IPM模塊：選的是國產(chǎn)600V/15A，國產(chǎn)IPM模塊最好留至少5倍余量，也就是盡量不要超過3A，如果是進口IPM模塊至少3倍余量；

1.2硬件布線

電流采樣一定要采用差分走線；特別是地線（電流采樣電路適當?shù)募訛V波電容）；

PWM輸出線和電流采樣線盡量不要交叉；

1.3安全說明

*電源輸入供電：采用隔離變壓器或隔離的交流電源或隔離的高壓開關(guān)電源供電；

*電腦供電：盡量用筆記本電腦，且電腦的電源不用接（用電池供電，避免電源的地都通在一起，燒壞筆記本或端口）；

*仿真器或調(diào)試器：通過USB隔離或采用隔離的仿真器；

*示波器調(diào)試說明：盡量用電池供電示波器或示波器的電源線接地線不要接（三芯插頭中間的接地線）；

*板子及帶電端口：不要用手觸摸，以免被電到。

1.4接線說明

板子

V+:接電源正+

V-:接電源正-

U:接電機U或A

V:接電機V或B

W:接電機W或C

HA:接電機霍爾傳感器U或編碼器A（對應550W伺服電機編碼器：4腳）

HB:接電機霍爾傳感器V或編碼器B（對應550W伺服電機編碼器：3腳）

HC:接電機霍爾傳感器W（對應550W伺服電機編碼器：2腳）

GND或0V：接電機傳感器接口GND（對應550W伺服電機編碼器：5腳）

+5：接電機傳感器接口5V（對應550W伺服電機編碼器：14腳）

ST LINK的SWD及串口接線說明:

按上圖所示一對一接線即可（ST LINK背面朝向），RST和3.3V電源可不接。

二、軟件說明

新建工程板子選擇

底板選擇：

驅(qū)動板選擇：

選擇對應的電機參數(shù)

保存工程到需要的文件夾：

關(guān)閉溫度檢測接口（如硬件有用到則加上）：

電機設置（雙擊打開電機圖標）

如果是HALL接口打鉤霍爾接口并輸入霍爾角度；

如果是編碼器接口打鉤編碼器接口并線數(shù)；

如果是無感可跳過；

速度反饋接口設置（默認無感，無感可跳過）

比如設置HALL接口

數(shù)字IO口設置點開下面圖片:

根據(jù)硬件圖紙設計端口進行設置：

PWM輸出端口設置：

剎車輸入端口設置：

HALL或編碼器接口設置（無感啟動則無法設置）：

串口波端口及波特率設置：波特率改為9600

串口端口引腳設置：

按鍵啟動/停止端口設置：

設置參考如下圖所示：

比較器過流設置

AD采樣電流放大倍數(shù)設置（如果是單電阻則改為單電阻，并修改電流采樣電阻值，單電阻還要除3，并把板子上CN1和CN2用短路帽短接）

AD采樣電流放大倍數(shù)設置界面值修改

AD采樣電流放大倍數(shù)設置好保存

DAC功能設置打開圖標：

全部選擇關(guān)閉（F0無DA）

模擬輸入及保護設置：

母線電壓采樣根據(jù)圖紙進行設置（PA1）:

AD采樣時鐘及UVW相電流采樣端口設置：

根據(jù)硬件圖紙：

U對應PA4：

V對應PA5：

W對應PA6：

三電阻則根據(jù)UVW順序設置為PA4、PA5、PA6

單電阻則設置為PA5；

驅(qū)動界面設置（F0內(nèi)核計算能力有限）：

降低PMW頻率：設置為16K以下

死區(qū)時間：默認為800nS，用的國產(chǎn)芯片可改為1200nS

目標速度：設置為1183，可設置為額定速度的15%到85%左右，太低會無法啟動；太高啟動電流太大；

PWM計算周期：改為2，F(xiàn)0計算太慢

截止頻率：改為3000左右，由于單電阻和F0計算慢取2000或1000；

無感啟動界面設置

有感編碼器啟動設置（電流可以根據(jù)實際需要設置大些）

如無其它修改則生成工程（選擇相應的工程文件）

生成按鈕：

等待生成工程完成

在對應的存放目錄下，打開生成的MDK工程文件

點擊魔術(shù)棒，并打開Device界面，更改芯片為STM32F030C8T6:

設置仿真下載接口為st link

選擇仿真接口為SWD速率為4M

添加芯片F(xiàn)ALSH的加載算法

點擊KEIL MDK的編譯按鈕編譯程序

點擊load下載程序（先連接好線和電源，再通電）。

正常下載程序后，通過按板子的USER1按鈕，即可啟動電機；

點擊WORKBENCH的GUI按鈕進行在線串口調(diào)試

或通過WOROBENCH的在線調(diào)試界面調(diào)試，選擇相應的串口，波特率設置為9600

如無問題點擊start按鈕或板子的藍色按鈕即可正常轉(zhuǎn)：

正常轉(zhuǎn)如下圖所示

三、調(diào)試補充說明

最好先確定下電機參數(shù)（電機找電機廠或自己測試或用我們IPM05F+NUCLEO-F303RE板子進行測試）。

首先，需要再次確認ST MC Workbench中所有設置的參數(shù)是否和實際的硬件

參數(shù)一致：如電機的相關(guān)參數(shù)，驅(qū)動部分的參數(shù)，單片機IO設置等。

? 如果有其中任意一個參數(shù)設置錯誤，可能導致電機永遠也無法正確啟動。

? 如果有需要，可以讓電機運行在開環(huán)模式，來測量Tnoise和Trise相關(guān)參數(shù)。

如果啟動后立即出現(xiàn)硬件過流保護，可能由以下原因?qū)е拢?/p>

? 選擇了錯誤的電流采樣方式

? 選擇了錯誤的電流采樣參數(shù)：如取樣電阻值，放大倍數(shù)，ICS增益，Tnoise, Trise等.

? 電流環(huán)的調(diào)節(jié)帶寬過高：3電阻采樣建議為2000rad/s,單電阻采樣建議為1000rad/s

? 由于布線受到干擾而導致誤觸發(fā)硬件過流保護，需要檢查硬件設計。

如果出現(xiàn)電機只動一下，但是沒有加速動作：

? 這種問題一般是因為開環(huán)電流不夠大導致無法拖起轉(zhuǎn)子加速，有時出現(xiàn)開環(huán)啟動完成，

但報啟動失敗故障，這時：

? 需要減低加速率，或提高開環(huán)啟動電流

如果以上方法可以解決，但是不能保證100%有效，請嘗試增加定位功能。

如果轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動并且有加速動作，但是還是會停止并且報“速度反饋失敗”錯誤，可能由以下原因?qū)е拢?/p>

? 啟動成功的限制條件過于寬松導致過早切入閉環(huán)。

? 如下的方法可以解決這樣的問題：

? 提高“連續(xù)成功啟動輸出測試”值，正常情況下請不要大于5。

? 提高最小啟動輸出速度。

如果采用以上方法導致開環(huán)的最終速度過高，或沒有解決問題，可以嘗試以下方法：

? 減少觀測器的增益G2,它可以降低擾動對速度反饋的影響。

? 通常G2應該按照/2,/4,/6,/8方式來減少。

? 放寬觀測器的收斂條件，這樣使觀測器更容易收斂：

? 使用新的電機庫，可以設置速度變化波動為80%（PLL）,或400%（Cordic)。

? 這種情況下需要增加反向電動勢幅度與估算速度一致性的檢查。

? 更改速度/扭矩的爬升率：根據(jù)實際負載和轉(zhuǎn)子的慣性等情況，讓加速度更加柔和，防止突然加速導致對反向電動勢估算的擾動。

無感啟動G2增益修改界面：