• STM32f103 SMO滑膜观测器的FOC驱动DIY

            小时候玩航模了解到无刷电机，又从方波控制了解到FOC控制，在接触了一些开源项目的时候，感叹做的真好，不论是方波的还是Foc的启动都是那么丝滑，软件做的虽然好，但在这几年电机驱动芯片和部分型号的单片机价格都居高不下，做一个低成本的Foc驱动器利用网上开源资料已经不够用了。

    ky_motor Foc 测试视频

            假期趁着有时间做一套Foc驱动器，从硬件到软件，从夏天到冬天，真是不容易，总算差不多了。

    开发板：​​​​​​​开发板链接

            硬件选用了STM32F103单片机，程序内容并不是很多，103c8，103rb都可以满足需求，为了后期可以扩展资源，我选用了rbt6，价格大约16元一颗，不是用的ST电机库，因此程序可以移植到国产芯片上，不过我没有移植过，毕竟我不太相信国产芯片（个人观点）。

            驱动芯片选用的EG2134，没什么可说的，就是图便宜，一颗大约1.5元，比国产的峰绍还要便宜个几毛钱，这难道不是我选它的理由吗？

             运放选用的是LM324，也是几毛钱的物料，追求更好的效果可以选用精度更高的运放，而不是我选用的这个玩具级，运放采样做的是一个差分输入的方式，看电流波形还可以。

              Mos用的是Irlr7843，性能很好的一颗mos，以前做航模的时候总用这个mos，就是假货比较多，我这个板子也没打算跑太大的电流，因此这个Mos不论从价格还是从性能，都能满足我的需求。

           三个控制按键，复位，开始，停止。实际的程序样式也是按start电机开始转动，按stop电机停止转动，复位键用于debug调试使用。预留一个电位器接口，用来调速。

           电阻采样用了三颗0.05R的采样电阻，通过三电阻采样的方式保证了电流采样的精度（当然，运放有些拉跨）。

            剩下的就是辅助电路了，预留了IIC接口，SPI接口，后期方便加传感器或者OLED。

            硬件介绍完了，剩下的就是软件部分了，当然也是最精彩的部分了，篇幅有限，我简单介绍一下功能，后面有时间我会在专栏里给大家详细的讲解一下Foc的控制方法。

            使用了SMO 滑膜观测器，SMO代码精简，性能稳定，值得多花一些时间对其进行改进。比如，在反电势滤波方法上。SMO参数调整相对来说比较简单，实际调试电机过程中能很快的调出让电机稳定运行的参数。有没有参数更容易调整的观测器？有的，对传统滑模观测器添加一个自适应律，得到自适应滑模观测器。当然，最重要的还是我比较擅长SMO，其他的都不重要。

            控制模式上写了三个模式，Hallloop（霍尔闭环），SMOloop（滑膜闭环），Openloop（开环）这三个模式。我先把这部分代码贴上来，后期测试的视频我在传上来。

            Openloop

    1. void Motor_IFStart(void)
    2. {
    3.     Angle_Acc(Angle);
    4.     AngleSin_Cos.IQAngle = Angle.Set;//角度
    5.     pi_iq.Ref = IqStart; //启动电流设置
    6.  
    7.     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    8.    
    9.     
    10.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    11.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    12.   /**************Clark变换****************/
    13.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    14.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    15.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    16.     
    17.   /**************Park变换****************/   
    18.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    19.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    20.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    21.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    22.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    23.     
    24.  /************d轴控制器*******************/    
    25.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    26.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    27.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    28.      
    29.  /************q轴控制器*******************/    
    30.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    31.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    32.      
    33.   /************PARK逆变换*******************/     
    34.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    35.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    36.     
    37.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    38.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    39.  
    40.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    41.   
    42.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    43.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    44.      
    45.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    46.  
    47.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    48.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
    49. }

            SMOloop

    1. void SMO_SpeedLoop(void)
    2. {  
    3.  
    4.     PWMZD_count++;
    5.     if(PWMZD_count==25)
    6. 	  {
    7. 	    PWMZD_count=0; 
    8.       SMO_Speedcale();
    9.       pi_spd.Ref = SpeedRef;
    10.       pi_spd.Fbk = Speed_estPare.Speed_RPM;
    11.       PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度环PI  
    12.     } 
    13.   
    14.     AngleSin_Cos.IQAngle =  IQAtan_Pare.IQAngle;//估算角度
    15.     pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
    16.     
    17.     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    18.         
    19.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    20.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    21.   /**************Clark变换****************/
    22.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    23.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    24.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    25.     
    26.   /**************Park变换****************/   
    27.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    28.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    29.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    30.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    31.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    32.     
    33.  /************d轴控制器*******************/    
    34.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    35.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    36.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    37.      
    38.  /************q轴控制器*******************/    
    39.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    40.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    41.      
    42.   /************PARK逆变换*******************/     
    43.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    44.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    45.     
    46.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    47.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    48.  
    49.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    50.   
    51.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    52.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    53.      
    54.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    55.  
    56.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    57.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
    58. }

    Hallloop

    1. void Mode_Hall_loop(void) 
    2. {
    3.     PWMZD_count++;
    4.     if(PWMZD_count==25)
    5. 	  {
    6. 	    PWMZD_count=0;
    7. 	    Hall_Three_Speedcale(); 
    8.  
    9.       pi_spd.Ref = SpeedRef;
    10.       pi_spd.Fbk = Hall_Three.Speed_RPM;
    11.       PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度PI控制器 
    12.     }
    13.     
    14.      ThreeHallanglecale();//得到角度
    15.     
    16.      AngleSin_Cos.IQAngle = Hall_Three.ele_angleIQ;
    17.  
    18.      ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
    19.        
    20.      AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    21.      AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    22.     /*****************************************************************************/
    23.    
    24.     
    25.   /**************Clark变换****************/
    26.      ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
    27.      ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
    28.      CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    29.     
    30.   /**************Park变换****************/   
    31.      ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
    32.      ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
    33.      ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
    34.      ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
    35.      PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    36.     
    37.  /************d轴控制器*******************/    
    38.      pi_id.Ref = 0; //给定id
    39.      pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
    40.      PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
    41.      
    42.  /************q轴控制器*******************/    
    43.      pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
    44.      pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
    45.      PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
    46.      
    47.   /************PARK逆变换*******************/     
    48.      IparkU.Ds = pi_id.Out;
    49.      IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    50.     
    51.      IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
    52.      IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值
    53.  
    54.      PARKinv_MARCO(IparkU) 
    55.    
    56.      Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
    57.      Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
    58.      
    59.      SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    60.     
    61.      SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
    62.      PWM_CMP(); //得到PWM比较值
    63.         
    64. }

            增加了一个上位机接口，用于观测电流波形Iabc，SMO和speed。上位机用的是VOFA，一个开源的上位机。

     这是Iabc的波形。

    这是SMO波形 

    这是 速度speed波形

    整体测试还算好吧，后续还有很多工作需要做。最后是测试视频 

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/richardgann/article/details/127926835