[LCW_DIY]FOC电调学习板

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 12:08:49

本帖最后由 lcw_swust 于 2018-10-19 12:41 编辑

为什么研究这个？因为我想做个低噪音的飞机用于偷拍。
听说FOC电调的噪音比较低。
一堆附件：

建议大家先看看《AN1078_cn.pdf》，手册中讲得很详细。
（手册中CLARKE逆变换可能有误）
我的一些思路在<关于FOC电调.pdf>中，就懒得再在这里排版了。
（补充一下，我的程序没有用电机库，是按自己的理解来写的，可能有BUG）

目前这是个学习板，用于验证算法。由于采用分立元件，MOS管门极边沿较为缓慢，
效率较低，容易发热，可以用于带动小功率负载。

MOS管采用FDD6635（NMOS）、FDD6685（PMOS），这两个器件门极电容较为接近，
大电流PMOS的门极电容一般都较大，不太好驱动。两个MOS均是在三极管导通时关断，
三极管关断时开通，由于开通是由电阻上拉或下拉驱动，所以较为缓慢，引入死区时间。
取样电阻实际是0.05欧，电路中未加放大，只是加了上拉电阻偏置，AD_ISA直接进
单片机ADC，所以想工作在小电流状态的话就把电阻取大些吧。电路画了三个取样
电阻，实际只用两个就够了。
注意事项：这电路有隐患，当VCC后于VBAT上电，会导致共态导通，建议VCC单独提供。

MCU为STM32F103C8T6，使用内部振荡器，CPU频率64Mhz，PWM周期40us，
电流模式算法占用24us，电压模式算法占用21us，电压模式精简算法占用19us。
目前仅仅是用USB供电让电机转起来的，不知道接高电压有没有问题。
电路：

实物：

苹果520 · 发表于 2018-10-19 12:15:42

先来个赞!!!

sgzzour · 发表于 2018-10-19 12:30:31

这么单纯的目的，一定要大力支持一下。

ronic · 发表于 2018-10-19 12:33:50

楼主出手，必是精品啊

xly · 发表于 2018-10-19 12:37:21

翻了下楼主的贴，资深diyer.

yanghc · 发表于 2018-10-19 12:42:22

谢谢分享，跟着学习

Shampoo · 发表于 2018-10-19 12:44:08

坐等楼主更新！

HANGKONG15 · 发表于 2018-10-19 12:45:58

坐等楼主更新！

sctwp · 发表于 2018-10-19 12:49:17

用库函数写的

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 12:53:01

sctwp 发表于 2018-10-19 12:49
用库函数写的

啥？

cu_ice · 发表于 2018-10-19 12:58:23

这个目的值得顶一下

powermeter · 发表于 2018-10-19 13:00:12

amobbs有你更精彩

sctwp · 发表于 2018-10-19 13:04:17

lcw_swust 发表于 2018-10-19 12:53
啥？

是我的问题不知道为何没有将全部的程序加载进去

foxpro2005 · 发表于 2018-10-19 13:04:33

先赞一个！动手能力真强，感觉你可以自由支配的时间好多哇。。

su33691 · 发表于 2018-10-19 13:05:34

没找到6步换相函数。

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 13:11:16

su33691 发表于 2018-10-19 13:05
没找到6步换相函数。

你可以先研究一下AN1078_cn.pdf
这里没有6步换相，用的是正弦波。
引用电流模式的代码：
//------------------------------反电势角度低通
err=(S8)((Mot_EmfDeg-emfdeglp)&0xff);
emfdeglp=(emfdeglp+err/10)&0xff;
//------------------------------定子相电流变换到转子，得到Id,Iq
ClarkeTrans(Mot_IU,Mot_IV,&Ia,&Ib);
ParkTrans(Ia,Ib,emfdeglp,&Id,&Iq);
//------------------------------根据Iq\Id与设定电流之差去调整Vq\Vd
err=Mot_Iqref-Iq;
Vq+=err/5;//比例控制
err=Mot_Idref-Id;
Vd+=err/5;//比例控制
//------------------------------Vq\Vd变换到相电压
//注意Vq,Vd缩小100倍
ParkTrans(Vd/100,Vq/100,-emfdeglp,&Va,&Vb);//Park逆变换只需将角度取负
ClarkeInvTrans(Va,Vb,&Vu,&Vv,&Vw);
//可以三路同时减去最低那一相电压，减小开关损耗
TIM3->CCR2=Vu+128;//三相电压
TIM3->CCR3=Vv+128;
TIM3->CCR4=Vw+128;
引用电压模式精简后的代码：
//------------------------------反电势角度低通
Mot_EmfDeg=myatan(emfulp,emfvlp);
err=(S8)((Mot_EmfDeg-emfdeglp)&0xff);
emfdeglp=(emfdeglp+err/10)&0xff;

Mot_Vp=(emfdeglp+err_v)&0xff;//角度偏移

p=Mot_Vp;
Vu=(U16)Vpwm*costab[p]/127;
p-=256/3;//360/3=120度
Vv=(U16)Vpwm*costab[p]/127;
Vw=0-Vu-Vv;
//可以三路同时减去最低那一相电压，减小开关损耗
TIM3->CCR2=Vu+128;//三相电压
TIM3->CCR3=Vv+128;
TIM3->CCR4=Vw+128;

qq335702318 · 发表于 2018-10-19 13:11:37

su33691 发表于 2018-10-19 13:05
没找到6步换相函数。

FOC，非6步 BLDC

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-19 13:12:44

楼主出手，必是精品啊

wangjianwen · 发表于 2018-10-19 13:41:30

楼主人才，能不能弄个全部用N-MOS的给我们学习学习

TINXPST · 发表于 2018-10-19 13:50:18

楼主大牛。可以考虑加上3个霍尔，启动时用霍尔，转起来后切到无感模式。这样楼主之前做的平衡车等方案可以统一到这一个方案上来了！

wangyj173 · 发表于 2018-10-19 13:51:44

给楼主点赞，建议置顶/精华帖

Excellence · 发表于 2018-10-19 13:54:22

谢谢分享。。。

了无 · 发表于 2018-10-19 14:14:24

楼主好直白，最近也对航模产生浓厚的DIY兴趣了，正在DIY航模遥控中，原理图快完了

了无 · 发表于 2018-10-19 14:15:18

啊啊，上面没写完就发了，真的非常期待楼主搞出来，那样电调就可以用楼主的了

carefree1986 · 发表于 2018-10-19 14:17:47

启动时初始角度有用什么新方法吗？

Trylin · 发表于 2018-10-19 14:19:13

牛叉，精品

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 14:23:06

carefree1986 发表于 2018-10-19 14:17
启动时初始角度有用什么新方法吗？

没有啊，开环启动，不检测角度。
if(Mot_State==3)//启动
{
div++;
if(div>=10)
{
div=0;
Mot_EmfDeg=(Mot_EmfDeg+Speed)&0xff;//强制转动，直接指定角度
div2++;
if(div2>100)
{
div2=0;
if(Speed<10)Speed++;//加速
}
}
//保存角度误差
err_v=(Mot_EmfDeg-myatan(emfulp,emfvlp))&0xff;
}
else//闭环运行
{

//让启动时产生的角度误差逐步接近设置值，不能太快
div++;
if(div>=100)
{
div=0;
err=(S8)(Vtest-err_v);//二者都是0~255的角
if(err>0)err_v++;
if(err<0)err_v--;
}
Mot_EmfDeg=(myatan(emfulp,emfvlp)+err_v)&0xff;//实测反电势角度加上偏差
}

carefree1986 · 发表于 2018-10-19 14:24:26

lcw_swust 发表于 2018-10-19 14:23
没有啊，开环启动，不检测角度。
if(Mot_State==3)//启动
{

可以试试脉冲电压法，就是可变电感法，做好可以比肩商用电调

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 14:30:58

carefree1986 发表于 2018-10-19 14:24
可以试试脉冲电压法，就是可变电感法，做好可以比肩商用电调

有看过相关资料，但是目前我这个只是用在飞机上，开环启动就好。
除非是电动车那种有较大负载启动需要这种方法。
(给两相供电，第三相悬空测量电压，就能知道两个电感的比值)
http://www.docin.com/p-1647690156.html

eastbest · 发表于 2018-10-19 14:36:21

为楼主的分享精神点赞！

LK9286 · 发表于 2018-10-19 14:44:10

收藏了先，感谢分享

weiwei4 · 发表于 2018-10-19 15:00:22

感谢分享

wzavr · 发表于 2018-10-19 15:01:54

顶lz，顶工程

lanlibo · 发表于 2018-10-19 15:02:55

先来个赞!!!

carefree1986 · 发表于 2018-10-19 15:33:11

lcw_swust 发表于 2018-10-19 14:30
有看过相关资料，但是目前我这个只是用在飞机上，开环启动就好。
除非是电动车那种有较大负载启动需要这 ...

类似，不难搞我去年做了几天基本就可以检测到准确的区间了

fengyunyu · 发表于 2018-10-19 15:40:48

不明觉厉

greenflyqqq · 发表于 2018-10-19 16:12:12

谢谢分享！学习下

529063382 · 发表于 2018-10-19 16:17:19

相比于电机噪声来说，貌似会先听到桨的声音

529063382 · 发表于 2018-10-19 16:18:55

wangjianwen 发表于 2018-10-19 13:41
楼主人才，能不能弄个全部用N-MOS的给我们学习学习

你看下IR21867这个典型电路就好了，二三级管电路的话看下电动车的电机驱动，但是这个控制频率不能太高

PCBBOY1991 · 发表于 2018-10-19 16:23:51

楼主满满的干货啊。

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 16:25:46

529063382 发表于 2018-10-19 16:17
相比于电机噪声来说，貌似会先听到桨的声音

看来桨也要好生找一找了。
我有一个电动自行车，有霍尔传感器，但是霍尔老坏，一狠心买了个所谓的“双模控制器”，
直接去掉霍尔，虽然不担心霍尔，但是低速时的嗡嗡声听着不舒服，所以也想做个控制器
来玩。

529063382 · 发表于 2018-10-19 16:27:33

lcw_swust 发表于 2018-10-19 16:25
看来桨也要好生找一找了。
我有一个电动自行车，有霍尔传感器，但是霍尔老坏，一狠心买了个所谓的“双模 ...

哈哈霍尔买的拆机的吧，用无感控制器就好了，就看重载起动能不能做好了

sponter123 · 发表于 2018-10-19 16:39:42

谢谢分享

zhcj66 · 发表于 2018-10-19 16:57:03

不错,感谢分享

eyancool · 发表于 2018-10-19 19:38:00

为什么研究这个？因为我想做个低噪音的飞机用于偷拍。楼主果然是条汉子,淫淫荡荡...

mtswz.213 · 发表于 2018-10-19 20:13:59

你试了么？声音会小很多麽？我认为只是有所改善而已

yoursnemo · 发表于 2018-10-19 20:23:39

一个大赞~！！！

yangxizhong · 发表于 2018-10-19 20:24:19

赞美楼主！

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 20:40:44

mtswz.213 发表于 2018-10-19 20:13
你试了么？声音会小很多麽？我认为只是有所改善而已

与方波电调相比，低速下会好一些。
高速还未测，因为这电路本身效率较低，怕烧。
噪声与桨叶也有很大关系，所以最后做出来也有可能只是有所改善。

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-19 20:58:45

lcw_swust 发表于 2018-10-19 20:40
与方波电调相比，低速下会好一些。
高速还未测，因为这电路本身效率较低，怕烧。
噪声与桨叶也有很大关系 ...

楼这个貌似没用上svpwm

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 21:21:24

霸气侧漏发表于 2018-10-19 20:58
楼这个貌似没用上svpwm

其实我一直没太理解svpwm，所以就直接用spwm了。
感觉svpwm就有点像是我在程序中说的“三路同时减去最低那一相电压，减小开关损耗”，
对地测量相电压就像是m_，能提升电源电压的利用率，我在独轮平衡车中采用了这种波形。

sanjue · 发表于 2018-10-19 21:26:20

SWUST毕业的？

lcw_swust · 发表于 2018-10-19 21:33:22

sanjue 发表于 2018-10-19 21:26
SWUST毕业的？

是啊，09年毕业的。

makathy · 发表于 2018-10-19 22:01:59

厉害，学习了

WHOOK · 发表于 2018-10-19 22:12:12

楼主厉害，什么分享都是高层次的级别

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-19 22:24:02

lcw_swust 发表于 2018-10-19 21:33
是啊，09年毕业的。

我是09入学

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-19 22:55:01

lcw_swust 发表于 2018-10-19 21:21
其实我一直没太理解svpwm，所以就直接用spwm了。
感觉svpwm就有点像是我在程序中说的“三路同时减去最低 ...

貌似，你的程序没有用到svpwm

hanshiruo · 发表于 2018-10-20 00:17:49

记号

sanjue · 发表于 2018-10-20 02:32:59

lcw_swust 发表于 2018-10-19 21:33
是啊，09年毕业的。

师兄你好，12年毕业，信息学院

lcw_swust · 发表于 2018-10-20 08:04:34

霸气侧漏发表于 2018-10-19 22:55
貌似，你的程序没有用到svpwm

是啊，上面说过了，因为我还没弄懂。还是SPWM简单些。

lcw_swust · 发表于 2018-10-20 08:05:01

sanjue 发表于 2018-10-20 02:32
师兄你好，12年毕业，信息学院

你好你好

yanzhiwei · 发表于 2018-10-20 08:33:54

都是干货，必须点赞

winterw · 发表于 2018-10-20 08:42:02

marky一下

NIC · 发表于 2018-10-20 08:46:38

楼主精力好充沛，工作之余还能自己玩出这么多东西，厉害

plc_avr · 发表于 2018-10-20 08:57:10

看了一下，非常不错，硬件确实有不少改进的地方，看来楼主也是喜欢用ＶＢ，同道中人，

gmyu · 发表于 2018-10-20 09:00:47

赞一个，楼主时间很多，面广。

lcw_swust · 发表于 2018-10-20 09:13:40

plc_avr 发表于 2018-10-20 08:57
看了一下，非常不错，硬件确实有不少改进的地方，看来楼主也是喜欢用ＶＢ，同道中人， ...

你的四轴也不错哦。
简单的程序我习惯用VB，对速度要求高的用c++builder，VC不怎么熟。

RudeBoy · 发表于 2018-10-20 09:31:38

漂亮。想问，FOC效率能提升多少？跟方波比

lcw_swust · 发表于 2018-10-20 14:09:07

RudeBoy 发表于 2018-10-20 09:31
漂亮。想问，FOC效率能提升多少？跟方波比

这我也不清楚，查了下，可能二者效率差不多，关键在于FOC噪音低。

xxfrom · 发表于 2018-10-20 14:54:29

lcw_swust 发表于 2018-10-20 14:09
这我也不清楚，查了下，可能二者效率差不多，关键在于FOC噪音低。

从对比的数据看，在相同的电机，相同的转速和相同PWM频率下，方波的效率比FOC的效率高一些，可能的原因是FOC PWM翻转多些，对MOS的消耗更大吧。FOC在静音和负载变化等场景下更胜一筹。

散装805 · 发表于 2018-10-20 21:52:08

保存一下，慢慢看

feibagezib · 发表于 2018-10-20 23:11:56

谢谢分享，学习学习

lcmdw · 发表于 2018-10-20 23:31:50

好东西！

carefree1986 · 发表于 2018-10-21 09:24:07

lcw_swust 发表于 2018-10-20 08:04
是啊，上面说过了，因为我还没弄懂。还是SPWM简单些。

spwm还是svpwm无所谓只是调制方式不同而已，重点还是foc的算法

huangqi412 · 发表于 2018-10-21 15:48:03

偷拍声音小了没

kinsno · 发表于 2018-10-21 16:07:26

lcw_swust 发表于 2018-10-19 12:53
啥？

看到开头楼主的所描述FOC学习板的来由，我情不自禁的笑喷了，真乃实在人。。

lcw_swust · 发表于 2018-10-21 16:13:54

huangqi412 发表于 2018-10-21 15:48
偷拍声音小了没

还差得远呢
这个电路驱动MOS管的边沿太缓慢，容易发热。
后面要改成专用芯片驱动全NMOS。
桨叶也要好好找找。

huangqi412 · 发表于 2018-10-21 16:28:40

lcw_swust 发表于 2018-10-21 16:13
还差得远呢
这个电路驱动MOS管的边沿太缓慢，容易发热。
后面要改成专用芯片驱动全NMOS。

嘉立创买八腿驱动芯片加八腿mos管应该

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-21 18:15:51

楼主，无感无刷用方波6步换相，不知道是怎么控制6个MOS管的，我看到有个程序6步换相，备注是无感无刷电机，6步换相其中一步《A相悬空，B相PWM C相ON ；检测下降沿过零事件》是不是A相上下MOS关闭，C相上桥臂一直打开，B相下桥臂用PWM来控制，上桥臂一直关闭

dgdzas · 发表于 2018-10-21 18:51:43

学习目的明确，

lcw_swust · 发表于 2018-10-21 19:40:33

霸气侧漏发表于 2018-10-21 18:15
楼主，无感无刷用方波6步换相，不知道是怎么控制6个MOS管的，我看到有个程序6步换相，备注是无感无刷电机， ...

《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》里讲得比较细，多看看。
你的理解是对的，B相下桥臂用PWM来控制，上桥臂一直关闭；
其实也可以上下桥都用上产生PWM。

jacktau · 发表于 2018-10-21 20:59:31

谢谢分享~~~~~~~~

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-21 21:13:01

lcw_swust 发表于 2018-10-21 19:40
《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》里讲得比较细，多看看。
你的理解是对的，B相下桥臂用PWM来控制， ...

上下桥臂都是PWM有什么好处？如果上下桥臂都是PWM，在这个条件下《A相悬空，B相PWM C相ON ；检测下降沿过零事件》如果C相是上桥臂一直开，下桥臂一直关，B相是上下都PWM，那么就有一个情况BC桥臂的上臂都开，这样相当于短路对吧？

lcw_swust · 发表于 2018-10-21 21:22:36

本帖最后由 lcw_swust 于 2018-10-21 21:27 编辑

霸气侧漏发表于 2018-10-21 21:13
上下桥臂都是PWM有什么好处？如果上下桥臂都是PWM，在这个条件下《A相悬空，B相PWM C相ON ；检测下降沿过 ...

当然不能共态导通，我的意思是下臂关断则上臂开通，下臂开通则上臂关断，可能叫同步整流吧。
把电机想成电感，下臂关断时电流的续流会往上走，如果上臂不开通则从其体内的二极管走，这样会有一点点电压，就会有功率的损耗。
实际这个二极管引起损耗可能也比较小，我也没去做对比测试，只是觉得用上“同步整流”后电调对控制信号的响应会更快，特别是在减速之时。
（补充一下，这种“同步整流”方式在减速时可能引起电源电压升高，要小心处理）

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-21 21:32:10

lcw_swust 发表于 2018-10-21 21:22
当然不能共态导通，我的意思是下臂关断则上臂开通，下臂开通则上臂关断，可能叫同步整流吧。
把电机想成 ...

有点不明白，上下桥臂都用pwm怎么控制

lcw_swust · 发表于 2018-10-21 21:50:53

霸气侧漏发表于 2018-10-21 21:32
有点不明白，上下桥臂都用pwm怎么控制

IR2104
https://www.amobbs.com/thread-5656888-1-1.html

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-21 22:32:17

lcw_swust 发表于 2018-10-21 21:50
IR2104
https://www.amobbs.com/thread-5656888-1-1.html

这个我明白，这个是MOS管驱动。我是说上下桥臂MOS都用PWM来驱动，肯定用互补方式。这个要怎么驱动呢？《A相悬空，B相PWM C相ON ；检测下降沿过零事件》这个里面A相的上下桥臂肯定都是关闭的，那这个C相是什么情况，上下桥臂是固定的？上下桥臂状态刚好相反，如果上桥臂是开，下桥臂为关。那么只有B相下桥臂为开，上桥臂为关的时候，电机才能运转对吧。如果B用PWM方式驱动，那么肯定有一个状态是，B和C桥臂开通情况一致，那么此时，电机应该处于制动状态对吧

lcw_swust · 发表于 2018-10-22 09:16:40

霸气侧漏发表于 2018-10-21 22:32
这个我明白，这个是MOS管驱动。我是说上下桥臂MOS都用PWM来驱动，肯定用互补方式。这个要怎么驱动呢？《A ...

可能我们没在一个频道上。
问题回到86楼，C相是上桥臂一直开，下桥臂一直关，B相是上下都PWM，是不会短路的。
87楼我说的“下臂关断则上臂开通”是指B相，也就是互补PWM，C相仍是桥臂一直开。
“肯定有一个状态是，B和C桥臂开通情况一致”，对的，有刹车作用，所以我才说“对控制信号的响应会更快，特别是在减速之时。”
但是这种“刹车”相当于能量回馈制动。
若还有疑问，不妨做实验验证一下。

霸气侧漏 · 发表于 2018-10-22 09:30:48

lcw_swust 发表于 2018-10-22 09:16
可能我们没在一个频道上。
问题回到86楼，C相是上桥臂一直开，下桥臂一直关，B相是上下都PWM，是不会短路 ...

嗯，明白了，那我来测试一下

不舍的六年 · 发表于 2018-10-22 09:40:16

这么单纯的目的，一定要大力支持一下。 +1

ttyyuuio · 发表于 2018-10-22 09:52:55

感谢分享，偷拍啥

wangjianwen · 发表于 2018-10-22 11:09:22

lcw_swust 发表于 2018-10-21 16:13
还差得远呢
这个电路驱动MOS管的边沿太缓慢，容易发热。
后面要改成专用芯片驱动全NMOS。

楼主改好了再分享一下哈

lcw_swust · 发表于 2018-10-22 12:13:13

wangjianwen 发表于 2018-10-22 11:09
楼主改好了再分享一下哈

OK，下一步计划是驱动芯片+全NMOS，再考虑下单电阻取样。

Jmhh247 · 发表于 2018-10-22 13:09:39

看到偷拍两个字，必须关注了，毕竟这是一项技能。

jiang887786 · 发表于 2018-10-22 13:31:02

楼主刀法不俗啊！期待大作，到是淘宝提供链接，给有兴趣的友友套件拍拍！

lhaoyue · 发表于 2018-10-22 13:45:57

好单纯的目的，赞一个，mark stm32 foc

wangjianwen · 发表于 2018-10-22 14:36:19

lcw_swust 发表于 2018-10-22 12:13
OK，下一步计划是驱动芯片+全NMOS，再考虑下单电阻取样。

坐等大神更新

mengtiantang · 发表于 2018-10-22 15:26:39

膜拜下

sctwp · 发表于 2018-10-22 19:57:26

lcw_swust 发表于 2018-10-21 16:13
还差得远呢
这个电路驱动MOS管的边沿太缓慢，容易发热。
后面要改成专用芯片驱动全NMOS。

如果改版的话，我可以在业余给你设计PCB，软件用pads,当然如果你坚持用AD也没问题只是用过pads后就不太愿意用AD

lcw_swust · 发表于 2018-10-22 20:12:04

sctwp 发表于 2018-10-22 19:57
如果改版的话，我可以在业余给你设计PCB，软件用pads,当然如果你坚持用AD也没问题只是用过pads后就不太愿 ...

谢了，我最近空闲时间较充足，还是喜欢自己画板。
我还在用protel99se。

[LCW_DIY]FOC电调学习板

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