基于STM32的直流无刷电机（BLDC）双环(速度+电流)控制.
本帖最后由 qq490455545 于 2013-8-13 19:25 编辑附件是我自己写的一个基于STM32的无刷电机驱动程序，现在遇到了一下问题，求助各位高手，我写的这个程序单速度环没有问题，完全能稳定转速在+-5转，但是电流环做的不好，在堵转电机时会出现要么超调震荡，要么PI调节太软容易堵死，始终不能调节到一个合适的PI。本程序也适合新手学习无刷电机，因为本身自己也是接触不久，写的不怎么地道。欢迎大家交流学习。并希望高手不吝赐教。
哦我的程序是基于IAR的，PWM载波频率为8K，方波控制。
程序中的文档介绍：
打开解压文件有三个文件夹：
1、EWARM文件夹。放的是工程文件以及工程输出文件，如：各种.o和.out等。
2、library文件夹。放的是IAR用到的库文件和库函数，使用3.5版的库函数。
3、usr文件夹。放的是自己写的程序文件。
在usr下有两个目录：
1、inc；放的是头文件。
2、src；.c文件
重点文件介绍：
inc中的com_ram.h是整个程序中的变量、宏定义等的定义文件，都能在这个文件找到。
src中的
1、filter_con.c是滤波模块函数，采样一个队列数据结构写的，属于滑窗滤波，基本上不要损耗时间能够达到平均滤波效果，而且可以多用。
2、motor_pwm.c是电机控制的主要文件，里面包含电机换相、电流采样、速度采样等。
3、PIDcon.c是PID算法，SPid是速度环结构体变量、CPid是电流环结构体变量
4、sys_hardware_ini.c是整个程序的初始化函数，包含RCC、TIM1、TIM2、TIM3、ADC+DMA、中断函数优先级设置等。
5、stm32f10x_it.c是中断处理函数。
本程序是使用TIM3定时器作为HOLL捕获，TIM3的3个输入配置为XOR门，当任意输入变化，就会被捕获产生中断。TIM3的1通道配置为输入捕获，2通道配置为PWM2模式，并选择OC2REF作为TRGO触发TIM1输出载波。
这是官方芯片手册上推荐使用的方法，但是考虑到换相延时，就只拿这种方式用来获取速度和位置量。
ADC是采样单次触发扫描方式，跟随载波软件触发采样，我使用的驱动板是3相电流采样，处理方式是分时处理。
本帖最后由 qq490455545 于 2013-8-13 18:09 编辑
还有示波器的波形分析 这张图上的电流明显看出在换相时刻出现异常，电流下降太快，原因是换相时刻有50~100us的下桥间隙，导致电流通过上桥续流二极管到达母线，对母线充电 本帖最后由 qq490455545 于 2013-8-13 19:05 编辑
这是对上面问题的补充，可以看到实际测得的图像，确实在换相时刻有57us的空隙。绿色线是W相相电流，黄色和红色分别是U相和V相下桥载波。 没人来吗？我在玩单机？ qq490455545 发表于 2013-8-13 19:06 static/image/common/back.gif
没人来吗？我在玩单机？
楼主你的电机有转速传感器吗？
你用的电阻还是霍尔测的电流呢？ 楼主用的什么驱动电路？用的驱动芯片还是分立元件？ kmani 发表于 2013-8-13 20:46 static/image/common/back.gif
楼主你的电机有转速传感器吗？
你用的电阻还是霍尔测的电流呢？
电机是内部有位置传感器的，用的是电流传感器，电流传感器内部是霍尔实现的 dxgdsx 发表于 2013-8-13 21:55 static/image/common/back.gif
楼主用的什么驱动电路？用的驱动芯片还是分立元件？
用的是IPM模块驱动电机。 qq490455545 发表于 2013-8-13 22:02 static/image/common/back.gif
用的是IPM模块驱动电机。
呃，好高端。我还是用的IR2130。 dxgdsx 发表于 2013-8-13 22:07 static/image/common/back.gif
呃，好高端。我还是用的IR2130。
这也不见得就高端，只是产品设计角度考虑的 楼主示波器不错 wajlh 发表于 2013-8-13 22:15 static/image/common/back.gif
楼主示波器不错
公司的，好用~ 本帖最后由 dxgdsx 于 2013-8-13 22:20 编辑
请教楼主如何通过转速PID得到参考电流？实际中依据什么原则？ dxgdsx 发表于 2013-8-13 22:19 static/image/common/back.gif
请教楼主如何通过转速PID得到参考电流？实际中依据什么原则？
我其实也不懂。这个问题留待大神回答了，不过我是这么用的，速度环的输出，作为电流环的设定值，电流采样值作为电流环的采样值。 qq490455545 发表于 2013-8-13 22:27 static/image/common/back.gif
我其实也不懂。这个问题留待大神回答了，不过我是这么用的，速度环的输出，作为电流环的设定值，电流采样 ...
我之前是这样做的，转速做PI控制，电流只做限幅控制。 dxgdsx 发表于 2013-8-13 22:19 static/image/common/back.gif
请教楼主如何通过转速PID得到参考电流？实际中依据什么原则？
调节转速，需要用加速度，即扭矩。
在BLDC中，扭矩和电流成正比
供参考 LZ这种双环的系统，一般先调内环，想办法加负载，先把内环调好（动态，稳态）。 823032003 发表于 2013-8-13 22:38 static/image/common/back.gif
调节转速，需要用加速度，即扭矩。
在BLDC中，扭矩和电流成正比
供参考
也就是说电流和转子的加速度相关。怪不得在堵转的电流很大，发烫。 823032003 发表于 2013-8-13 22:40 static/image/common/back.gif
LZ这种双环的系统，一般先调内环，想办法加负载，先把内环调好（动态，稳态）。 ...
我也尝试做了单电流环，只是没负载，用手堵转电机这样做的，发现不论怎么调都不能起到很好的效果，要么PI大了现象就是一捏捏不死，但是捏死了就出现震荡，一冲一冲，不能稳定输出电流。要么就是PI小了，一捏就死，从示波器上看电流波形就是阶梯减小。郁闷的很。 qq490455545 发表于 2013-8-14 08:34 static/image/common/back.gif
我也尝试做了单电流环，只是没负载，用手堵转电机这样做的，发现不论怎么调都不能起到很好的效果，要么P ...
内环还是要单独调好的，哪怕单一个P调节也行，不然就干脆不要电流环了直接单闭环。如果把电机捏死都不能出平稳的电流的话，可以看一下这时候的电流波形，看看是不是PWM频率太低了。 823032003 发表于 2013-8-13 22:40 static/image/common/back.gif
LZ这种双环的系统，一般先调内环，想办法加负载，先把内环调好（动态，稳态）。 ...
尼美根星球的大侠，地球生活还可以吧。等哪天地球不行了，你带我去你的星球..
我也觉得电流只做限幅就可以了。 kmani 发表于 2013-8-16 23:07 static/image/common/back.gif
尼美根星球的大侠，地球生活还可以吧。等哪天地球不行了，你带我去你的星球..
我也觉得电流只做限幅就可 ...
不做电流环的话，带动态负载的情况下转速控制性能相对会差一点，也还好 能否共享原理图啊？谢谢楼主了！ 对电流采样电路很感兴趣。
用什么运放，怎么隔离？ K.O.Carnivist 发表于 2013-8-16 18:49 static/image/common/back.gif
内环还是要单独调好的，哪怕单一个P调节也行，不然就干脆不要电流环了直接单闭环。如果把电机捏死都不能 ...
单电流环现在已经调好了，开始是由于理解错误，以为调节不好。双环也能达到限幅的效果，只是响应太慢了点 djkc 发表于 2013-8-17 21:50 static/image/common/back.gif
能否共享原理图啊？谢谢楼主了！
由于这个是公司的一个正式产品，原理图不方便给出，不好意思~ john78 发表于 2013-8-17 22:27 static/image/common/back.gif
对电流采样电路很感兴趣。
用什么运放，怎么隔离？
就是用一个电流传感器采样，经过分压电路直接接到单片机的AD脚。电流传感器内部有放大电路。 你用的这种控制算法，不会有太好的控制性能。 kmani 发表于 2013-8-19 12:17
你用的这种控制算法，不会有太好的控制性能。
我觉得这个是简单实用的转速控制方法里面抗负载扰动最好的了啊 K.O.Carnivist 发表于 2013-8-19 12:34 static/image/common/back.gif
我觉得这个是简单实用的转速控制方法里面抗负载扰动最好的了啊
PID抗负载瞬间扰动主要依靠的是D，你能保证你的D参数调整的能瞬间补偿外界干扰吗？而且D对噪声很敏感。
kmani 发表于 2013-8-19 12:38
PID抗负载瞬间扰动主要依靠的是D，你能保证你的D参数调整的能瞬间补偿外界干扰吗？而且D对噪声很敏感。
...
呃咱俩说的是一回事不……我以为您说的lz的算法指的是电流PI加转速PI，相对于电流只做限幅来说，抗负载扰动要好一些 我想请教一下楼主如何在示波器上看PI值调的好不好的？你有关PI太大和太小的那两张图是沟的哪个位置测出来的？ 示波器很好，好几万的家伙啊。很好用
漂亮的示波器！！ 我也是觉得的示波器牛 楼主，能加个好友吗？ 我QQ6824832，做电机控制的，想请教一下你的电流环的问题
对PID还是懵懂，因为我的应用问题，我想在重载的时候能最大扭矩输出，1、当我负载很小的时候，相电流没达到限流值，PID应该是怎么设置目标值？2、当我负载达到，相电流进入限流值，PID是怎么设置？同时这个时候为了得到最大扭矩，我开管子方式是否有变化？3、当我负载很重，速度降到几十转的时候，如何能在保证电流限制不变的情况下，使电机扭矩达到很大？ 楼主，我也在做BLDC电机控制，然后现在做的事开环控制，遇到了一个问题，因为我拖动时一个400w的 带1:10减速箱的电机，然后现在使用hall6步换向，一直正转或者一直反转，电机调速什么的都很好，但是一旦发生正反转切换就会有卡顿，减速箱就发出咔的一声，请问一下这个问题您遇到过没有，可能是什么原因造成的？ 来支持下楼主 自己的电机还处于第一步，希望一切顺利！！！！！！！！！！！！！ 这种示波器用起来很爽 这个要用多段pid，就是pid参数有几组，堵转时p调小，平时p可以大一些，另外，启动器也可以分几个段，刚开始p大一些，快到设定转速时把p调小！ LZ示波器什么型号 好东西 学习了 示波器很特别…… 谢谢，学习中 MARK:无刷电机 速度环+电流环 示波器不错。 不知道楼主双闭环的问题解决没？求教中！ 求楼主调节好的电流、速度环波形，以供参考 你这个方波控制还做双环？而且电流补偿应该没做，每次换相电流向下掉那么多，还是用FOC控制吧 8k的频率太低，普遍BLDC控制频率为16~12K，单片机速度够的话都是做16k {:victory:} 最近要研究一下。 qq490455545 发表于 2013-8-19 09:42
单电流环现在已经调好了，开始是由于理解错误，以为调节不好。双环也能达到限幅的效果，只是响应太慢了点 ...
对电流环很感兴趣呀，能不能分享一下调节电流环的过程啊 最近在学习这个，现在需要用位置控制位置，也不知道应该用什么算法 普通的PI是解决不了这个问题的，要用分段PI或者是模糊PI qq490455545 发表于 2013-8-13 19:02
这张图上的电流明显看出在换相时刻出现异常，电流下降太快，原因是换相时刻有50~100us的下桥间隙，导致电流 ...
我的电流波形 也像这样，下桥怎么会有间隙？ 楼主这个是驱动多大电机，转速 和功率 这个示波器感觉好高级 收藏参考一下 有代码下载的帖子都会火啊这是必然错对 MARK:无刷电机 速度环+电流环 感谢分享 谢谢分享。 qq490455545 发表于 2013-8-13 18:04
还有示波器的波形分析
从你反电动势的波形来看的话，你这个电机用FOC驱动会更好，FOC做成电流转速双闭环效果是比较好的。
做成6步换相的方波驱动，做成单转速环就行了，电流环做成抑制的，默认转速环调节，一旦负载加大使电流环输出小于转速环时，转速环接管，这样既有很好的调速效果又可以有效抑制过大的电流。 不错，图片很详细哈 挺好的资料的，顶一下 mark 标记 {:smile:}谢谢！现在也是学习BLDC
感谢楼主分享，请教您一个问题，请问电机绕组电流波形中那个0 平台是因为什么原因存在的？
如果这两个0平台不对称（一边有，一边没有，）请问可能是什么原因导致的，谢谢
1071393201@qq.com 本帖最后由 marshallemon 于 2017-1-1 17:15 编辑
也玩了一下直流电机的速度闭环，PI控制，稳态误差+ - 3个脉冲以内，100线的光栅码盘
好东西 qq490455545 发表于 2013-8-13 19:04
这是对上面问题的补充，可以看到实际测得的图像，确实在换相时刻有57us的空隙。绿色线是W相相电流，黄色和 ...
示波器 不错嘛 非常好的资料，下载下来参考，感谢！ 好东西，mark了
顶，作参考 本帖最后由 wwkfisker1983 于 2017-3-28 15:33 编辑
非常感谢楼主的分享，有个简单的问题我想请教下各位高手，在楼主霍尔捕获初始化程序中 我发现楼主开启了捕获定时器TIM3的3种中断类型
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1|TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE);//开启通道1的捕获中断,和通道2的比较匹配中断
在有的程序中 我发现很多只开启通道1 TIM_IT_CC1及TIM_IT_Update两个，我想请教下楼主开启TIM_IT_CC2 这个中断主要作用是什么？
我看楼主后续中断服务程序中 好像是接收到BKN 停车信号后匀速降低 PWM脉宽停车
//比较匹配处理，换相
if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC2) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC2);
//tim2_cnt++;
if(m_fo){stop_motor(); return;}
//m_phasechange = 1;
//change_direction(holl_value,motor_dir);//换相
}
我不太明白是 满足什么条件会触发这个TIM_IT_CC2中断，希望楼主或各位高手能指点迷津 非常感谢 困惑于优先保证转速，还是转矩，直接调节PWM占空比能否达到闭环的要求？ MAKE，BLDC控制！ BLDC控制！ 很不错的参考程序 总觉得横河的示波器很有设计感，楼主的是什么型号 MAKE，学习了 Mark 学习 好东西，学习了 正在学习，谢谢楼主分享！ 波形很漂亮 回楼上我这个电流波形很糟糕 示波器很6 BLDC电流环真的不容易 谢谢分享！！！！ 学习一下 我也下来调调看 用单电阻采集电流试试 这个帖子还在持续着，好贴。 有没有人玩无位置传感器的驱动？ 不明觉厉 MARK:无刷电机 速度环+电流环 我就看了下波形图{:biggrin:}
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