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经历FOC及高频注入的那些事(FOC原理图+HFI视频)

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发表于 2017-9-19 10:44:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xxfrom 于 2017-9-19 11:29 编辑

FOC及高频注入是比较热门的话题,分享一下这方面的一点经历。

(一)开局篇

FOC控制和无感高频注入,对刚进入FOC电机控制行业的从业者来讲,先是满脑子里充满了问题,然后是看书学习,上网找贴,一知半解,但始终不能满足好奇心,充满了各种疑问。当然,根据各人自身当时的环境,不同的时刻,不同的人,有不同的疑问,比如:

FOC电调的电速度最高能做到多少?
带载转速多少?
PWM-FOC频率多少?
要用什么样的MCU或者DSP?
FOC的BOM对比方波BOM有多大差别?
无感FOC的启动方式有哪些,方波启动?开环启动?高频注入启动?
高频注入是如何确定初始位置的,如何确定磁极性?
如何产生高频注入信号?
高频注入的频率如何选择?
高频信号如何解调?
带通滤波器,低通滤波器如何设计?
用PI还是PLL来做位置和速度估计?
何时切换到高速估算器?

带着这些问题,开始FOC实践,相信实践出真知。

首先碰到的问题是,选择什么样的MCU?
选择MCU同应用场景和成本联系在一起。以无人机电调为例,该MCU性能上要有能力做电调的FOC,FOC和PWM频率要尽量高,比如有人用48 kHz,这个考验MCU性能,要用ARM M4,最少得是M3。M0行不? 可以,坛子有贴,但性能差了点,再就是用TI的C2000。现阶段商用FOC电调不多,主要是大疆和银燕有用:大疆用的是TI 的C2000,银燕EMAX也是,用了TI 28027。也有看到用STM32F466的,如PX4 ESC32。这两款芯片价格都不低,淘宝上FOC电调价格在120元左右。

其他的应用领域,如风机,电动自行车等,PWM的频率不需要太高,PWM频率在16-20 kHz左右就可以足够静音了, MCU的综合性能超过M0就基本OK,当然最好带集成内部运放,比较器等。

其次,用你熟悉的开发环境。最好该芯片有FOC参考设计,当然最好是C代码,当然汇编也行,关键是有源代码供做实验和改造,如果没有源代码开放,那就求其次,有封装好的FOC库也行,TI和ST的芯片属于提供库的这一类。

还有芯片价格也不能太贵,不然,做出来也就是玩玩,商用竞争力不够,毕竟中国的消费市场说到底还是价格竞争。

总之,选择MCU,这是个仁者见仁智者见智的事情,选择什么都有理由,自己说了算。

我选择哪个MCU?当然是我玩了快一年的JMT1808R,JMT1808R是一款73MHz的 8051 + JMT018 DSP,带CORDIC和除法指令的双核SOC芯片。其中JMT018是DSP核(江苏宏云技术有限公司自己的130多条指令集),除了性能上比较适合做FOC外,价格也有优势,主要还是我玩顺手了,习惯了。

JMT1808R能找到免费的FOC源代码,有点麻烦的是C和DSP汇编混合,但不管怎么说,开源,而且我不对汇编恐惧,可以说还有点喜欢。

对不熟悉FOC的人来讲,JMT1808R还有个优势,那就是获取JMT1808R的FOC评估板的投入是微不足道的,淘宝上有卖JMT1808R FOC评估板,人民币38元一块,对比那些500-600元的板子,这块板子对想学习FOC的人来讲,不会嫌贵,多了一个选择。
这是淘宝上卖的FOC评估板的样子。



这是评估板的原理图

这是评估板的使用说明



(二)FOC“特训班”

论FOC,我也只是刚入门,在师傅的带领下,加上自己摸索,还有合作原厂,江苏宏云的技术支持,现在FOC对我来讲,已经可以应付了。学习FOC,其实还有一条“捷径”:我发现有其他的代理商或方案商会把他们的工程师送到原厂工作一段时间,相当于上了个FOC特训班,同原厂工程师一起工作,效果是比较明显的,了解到,有几位上了位于张家港江苏宏云总部的FOC“特训班”的哥们,几周时间后,基本上都能独立开发简单的FOC产品了。

下面说说用JMT1808R做高频注入的事情。

(三)高频注入(HFI)法

无感启动在有些应用场合,即便是风机,有的客户也不想看到启动时候有反转,抖动,要求苛刻的场景还希望负载变化未知的场景下启动,高频注入的无感FOC因此提上了日程。

高频注入法,通常有两种实现方法,旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法。由于想兼顾表贴式和内嵌式电机,兼顾通用性,就选择了脉振高频电压注入法。

实现高频注入(HFI)算法, 步骤如下:
1.        零速时转子位置定位;
2.        磁极性判断;
3.        HFI闭环启动:由零速到低速;
4.        退出HFI,切入高速观测器,进入高速。

本实验选用普通BLDC,没有凸极性。淘宝上有卖:
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z0d.6639537.1997196601.262.bS7E7J&id=40250921551

电机参数
极对数        2        
相电阻 (Rs)        0.65        Ohm
电感 (Ld=Lq)        0.000825        H

先看看没有定位的FOC开环启动的视频,用于初始位置设定为0度,所以有时会有反转,这是碰到有反转情况。


再看看在相同位置上使用高频注入的情况,无反转,无抖动。

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发表于 2017-9-19 11:41:28 来自手机 | 显示全部楼层
楼主顺便把官方开源的程序也分享下
发表于 2017-9-19 11:47:29 来自手机 | 显示全部楼层
mark一下
发表于 2017-9-19 12:02:22 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享
发表于 2017-9-19 12:14:05 | 显示全部楼层
这片子性价比不错,做无感应用在速度控制的场合不错,如果硬件直接支持增量或者绝对值编码器就更好了,我的大部分应用需要位置环(大负载准确定位)作为外环来使用。
发表于 2017-9-19 12:44:25 来自手机 | 显示全部楼层
楼主上个代码吧
 楼主| 发表于 2017-9-19 13:59:09 | 显示全部楼层
soos 发表于 2017-9-19 11:41
楼主顺便把官方开源的程序也分享下

原厂目前是对合作方开发源码,没有他们的许可,我也不敢把源码贴出来。您可以直接联系原厂申请,或者找淘宝上那个卖JMT180R FOC评估板的店主,购买板子,索要源码。
 楼主| 发表于 2017-9-19 14:07:35 | 显示全部楼层
keshipt 发表于 2017-9-19 12:14
这片子性价比不错,做无感应用在速度控制的场合不错,如果硬件直接支持增量或者绝对值编码器就更好了,我的 ...

芯片正交增量编码器接口。了解到有人在用此芯片做无人机FOC云台控制器。


具体见芯片手册:

”12.5.3.3        编码器接口模式
使用通道CC0和CC1作为正交增量编码器两路信号的接口,在通道CC0和CC1对信号做必要的处理后得到信号CH0INFP和CH1INFP,再将CH0INFP和CH1INFP直接送入编码器控制器,在编码器控制器中根据两路信号驱动计数器计数。
。。。。


发表于 2017-9-19 14:14:42 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-19 14:07
芯片正交增量编码器接口。了解到有人在用此芯片做无人机FOC云台控制器。

那不错啊,该有的都有了,冲这个价格我也要去了解了解
发表于 2017-9-19 14:36:40 来自手机 | 显示全部楼层
这个芯片适合小功率的三相变频器吗
发表于 2017-9-19 14:45:51 | 显示全部楼层
关注下,好便宜   
 楼主| 发表于 2017-9-19 14:47:42 | 显示全部楼层
WalkingCat 发表于 2017-9-19 14:36
这个芯片适合小功率的三相变频器吗

适合,这个demo板就是50W左右的24V直流到三相变频,直接就可以用于商用变频电风扇的。也有用于200W-500W的汽车水泵和车载空调的变频器。也有人用此芯片在做家电,变频空调方案的。
发表于 2017-9-19 14:52:48 来自手机 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-19 14:47
适合,这个demo板就是50W左右的24V直流到三相变频,直接就可以用于商用变频电风扇的。也有用于200W-500W ...

多谢,关注一下
发表于 2017-9-19 15:46:58 | 显示全部楼层
mark一下,谢谢
发表于 2017-9-19 17:09:58 | 显示全部楼层
开发工具需要专用的烧写工具吗?HFI这部分有没有开源?
 楼主| 发表于 2017-9-19 19:04:11 | 显示全部楼层
soosqt 发表于 2017-9-19 17:09
开发工具需要专用的烧写工具吗?HFI这部分有没有开源?

1、不需要专门的烧写工具,使用USB转串口直接下载,原厂提供上位机下载器。
如下图所示:



2、批量时,我们用一拖四的脱机下载器,如下图:




3、HFI这部分目前还没有对所有人开源,我想如果有上量的项目合作,迟早都会开放的。

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发表于 2017-9-19 21:54:42 | 显示全部楼层
:-),mark一下,foc高频注入的算法控制。
发表于 2017-9-19 23:10:40 来自手机 | 显示全部楼层
呵呵 FOC好资料
发表于 2017-9-19 23:46:48 来自手机 | 显示全部楼层
支持楼主开课,我手上也接触了几家类似楼主说的,感觉国内的方案都大同小异。
发表于 2017-9-20 09:13:40 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-19 19:04
1、不需要专门的烧写工具,使用USB转串口直接下载,原厂提供上位机下载器。
如下图所示:

HFI不开源就算了,本想看看HFI的效果。FOC  无感  这些资源网上很多,没必要去折腾这样复杂的双核了!
 楼主| 发表于 2017-9-20 09:14:02 | 显示全部楼层
YS126 发表于 2017-9-19 23:46
支持楼主开课,我手上也接触了几家类似楼主说的,感觉国内的方案都大同小异。 ...

谢谢!开课不敢当,但欢迎在此讨论交流,三人行,必有我师!
 楼主| 发表于 2017-9-20 09:21:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 xxfrom 于 2017-9-20 09:23 编辑
soosqt 发表于 2017-9-20 09:13
HFI不开源就算了,本想看看HFI的效果。FOC  无感  这些资源网上很多,没必要去折腾这样复杂的双核了!  ...


HFI是否开源给所有人,我们说了不算,我们有合作关系,对我们是开源的,所以其他人拿到开源也是有机会的。是不是双核不是重点,重点是价格性能比,就FOC来讲,网上有资源不假,但提供源代码的也不是到处都是。
发表于 2017-9-20 09:39:46 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-20 09:21
HFI是否开源给所有人,我们说了不算,我们有合作关系,对我们是开源的,所以其他人拿到开源也是有机会的 ...

FOC 基本各个大厂都开源啦,只是无感估算部分是库
发表于 2017-9-20 09:47:18 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-20 09:21
HFI是否开源给所有人,我们说了不算,我们有合作关系,对我们是开源的,所以其他人拿到开源也是有机会的 ...

我没有说JMT1808R这个芯片不好的意思。只是我习惯了现在的MCU,不想去折腾而已,如果有HFI就会吸引我去折腾。可能对其它人还是很有吸引力的
 楼主| 发表于 2017-9-20 13:59:12 | 显示全部楼层
soosqt 发表于 2017-9-20 09:47
我没有说JMT1808R这个芯片不好的意思。只是我习惯了现在的MCU,不想去折腾而已,如果有HFI就会吸引我去折 ...

老大,我理解您的意思,大家都有自己的习惯,很正常的。关于FOC开源,他们的FOC代码(C+汇编)是全部开源的,不是库。关于HFI开源,他们也是持开放态度的,毕竟是花费精力的,也是芯片性能优势的体现,但实现这个算法不是用来收藏的,也是要给客户用的,目前仅开源给合作的客户,不对公众开源也是可以理解的。
发表于 2017-9-22 10:39:49 | 显示全部楼层
开发环境是什么?
 楼主| 发表于 2017-9-22 11:21:23 | 显示全部楼层
xly 发表于 2017-9-22 10:39
开发环境是什么?

51的环境,Keil等都行,而DSP是原厂提供的汇编器(一般的项目,可直接用原厂提供FOC DSP代码,不用再写汇编的)。
发表于 2017-9-22 18:10:18 | 显示全部楼层
已整一片,不懂会不会用哦。
发表于 2017-9-22 18:24:28 | 显示全部楼层
请lz就楼主位列出的相关高频注入的问题做一个开课。

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高频注入是如何确定初始位置的,如何确定磁极性?
如何产生高频注入信号?
高频注入的频率如何选择?
高频信号如何解调?
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发表于 2017-9-22 21:39:03 | 显示全部楼层
整了一片开发板,用了一下,用的稳压电源供电,限流1.8A左右,空载转了一会结果坏了,3个MOS管直通了。找客服,说是这版的软件没有加限流保护。只好寄回去,说是修好,刷成带过流保护功能的再寄回来。看来程序写的不是很健壮。
 楼主| 发表于 2017-9-22 22:32:02 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 xxfrom 于 2017-9-23 10:16 编辑
887799 发表于 2017-9-22 21:39
整了一片开发板,用了一下,用的稳压电源供电,限流1.8A左右,空载转了一会结果坏了,3个MOS管直通了。找客 ...


找店主拿带过流的软件,无感foc不同的电机要调参数的。当然这种估计也不是太挑参数,我用过demo程序转外转子电机也转的不错,如果电机参数差别太大,软件又没有打开过流保护,烧mos是经常的事情。好在demo板的mos很便宜,我们开始的时候,这里弄弄,那里试试,烧了一堆mos,说是一堆,但不值钱,AO4606 几毛钱一个。
 楼主| 发表于 2017-9-22 22:33:50 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 xxfrom 于 2017-9-23 10:08 编辑
887799 发表于 2017-9-22 21:39
整了一片开发板,用了一下,用的稳压电源供电,限流1.8A左右,空载转了一会结果坏了,3个MOS管直通了。找客 ...


要根据自己的电机调参数,打开过流保护,打开刹车保护。
 楼主| 发表于 2017-9-22 22:44:26 来自手机 | 显示全部楼层
xxfrom 发表于 2017-9-22 22:32
找店主刷带过流保护的软件吧

有没有拿到软件?你可以自己加上过流保护的。是用他们建议的demo电机吗?foc参数是根据那个电机调的,不是所有电机上去都能转的。推荐的那个电机功率比较小,一般不会过流。foc是要调电机参数,不同的电机直接上,可能转不起来,也可能烧mos。多实践,经验慢慢会积累起来的。
发表于 2017-9-22 22:49:04 | 显示全部楼层
电机开始是可以转的,看样子是三段式启动的,开始还要抖个几秒,然后慢慢加速,再转起来。感觉启动力矩非常小的。
 楼主| 发表于 2017-9-22 22:53:39 来自手机 | 显示全部楼层
cycisok 发表于 2017-9-22 18:10
已整一片,不懂会不会用哦。

问问他们有没有学习的视频?我听说有代理商在录视频介绍使用,不知好了没有?最好买一个他们建议的电机,如果不同的电机,不能直接上,要根据电机调参数,先调开环、再闭环。最好是用demo板调好参数的那个电机,变转边学。上一个参数不一样的电机,又对无感foc不太了解的话,要么转不起来,要么烧mos。无感foc在做算法估计时,是需要电机参数的,针对这类电机调好了,换个类型的电机,参数不一样,还得再调的。
 楼主| 发表于 2017-9-22 22:56:30 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 xxfrom 于 2017-9-23 10:18 编辑
887799 发表于 2017-9-22 21:39
整了一片开发板,用了一下,用的稳压电源供电,限流1.8A左右,空载转了一会结果坏了,3个MOS管直通了。找客 ...


请见33楼的回复
 楼主| 发表于 2017-9-22 23:04:04 来自手机 | 显示全部楼层
wzavr 发表于 2017-9-22 18:24
请lz就楼主位列出的相关高频注入的问题做一个开课。

------------

谢谢您的建议,我自己也懂的不多,开课不敢当啊。具体问题,我们也可以在这里交流,互相探讨。
 楼主| 发表于 2017-9-22 23:10:55 来自手机 | 显示全部楼层
887799 发表于 2017-9-22 22:49
电机开始是可以转的,看样子是三段式启动的,开始还要抖个几秒,然后慢慢加速,再转起来。感觉启动力矩非常 ...

这个demo的启动是开环foc启动,给定的力矩是很小的,demo电机转起来也就0.x A电流。开环6秒左右后切闭环。启动电流,切闭环时间都可以调的。另外,三个pi也是要根据您自己的想法调的,慢慢熟悉。
发表于 2017-9-24 08:54:38 来自手机 | 显示全部楼层
做为小批量的使用,仅原厂开源的c部分代码进行参数匹配,就用原厂芯片和demo电路可行不?
 楼主| 发表于 2017-9-24 16:27:36 | 显示全部楼层
vermon 发表于 2017-9-24 08:54
做为小批量的使用,仅原厂开源的c部分代码进行参数匹配,就用原厂芯片和demo电路可行不? ...


完全可以。原厂的这个demo电路,我们也是直接拿来做24V变频风扇出口的,调调参数就可以了,原理图上还带有红外遥控的接口(U4, demo板上没有焊接)。
发表于 2017-9-25 22:51:05 | 显示全部楼层
mark一下,谢谢
发表于 2017-9-25 23:46:08 | 显示全部楼层
大牛,厉害!
发表于 2017-9-26 08:50:42 | 显示全部楼层
学习下         
发表于 2017-9-26 12:41:14 | 显示全部楼层
高频注入磁极辨识怎么搞啊?
 楼主| 发表于 2017-9-27 09:28:35 | 显示全部楼层
梦幻之旅 发表于 2017-9-26 12:41
高频注入磁极辨识怎么搞啊?

磁极性判断,主要利用电机的磁路饱和特性来判断。有不同的方法,1、简单的有通过找到pi/2和3pi/2,判断此时id电流的大小。2、利用在d轴注入斜坡电压扰动,过估算速度来判断。3、在的d轴是加正负脉冲,通过判断id电流绝对值的大小,或者比较两个方向的id电流充放电时间。祝你成功!
发表于 2017-9-28 12:00:02 | 显示全部楼层
记号高频注入法,以后也许用的上,谢谢分享。
发表于 2017-10-10 09:35:21 | 显示全部楼层
有这个片子的详细点的资料吗?价格怎么样
 楼主| 发表于 2017-10-10 10:24:54 | 显示全部楼层
hopeqiu 发表于 2017-10-10 09:35
有这个片子的详细点的资料吗?价格怎么样

http://www.macrocloudtec.com/cn/service/ser_doc.html

去官网上下载这款芯片的手册。

淘宝搜索“JMT1808R FOC demo板”,或找原厂,申请FOC软件。

淘宝上也有样片卖,零售4块多,批量价格性价比不错。
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