AT32電機(jī)控制算法庫(kù)

目標(biāo)電機(jī)：

• 三相永磁同步電機(jī)（直流無(wú)刷電機(jī)）

控制模式：

• 可執(zhí)行有位置感測(cè)器/無(wú)位置感測(cè)器FOC弦波矢量控制
• 可執(zhí)行有位置感測(cè)器/無(wú)位置感測(cè)器120°方波BLDC電機(jī)控制

三相PWM調(diào)制模式：

• SVPWM
• 120°導(dǎo)通PWM控制

相電流檢測(cè)模式：

• 三電阻電流檢測(cè)
• 雙電阻電流檢測(cè)
• 單電阻電流檢測(cè)和重構(gòu)方式

自動(dòng)調(diào)試功能：

• 霍爾狀態(tài)自學(xué)習(xí)(霍爾傳感器專用)
• 電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)
• 電流PI控制參數(shù)自定義

圖1. AT32電機(jī)控制算法庫(kù)

電機(jī)開發(fā)板AT-MOTOR-EVB

AT-MOTOR-EVB電機(jī)開發(fā)板，是一個(gè)泛用型的低壓三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制板，可適配AT32F413、AT32F415、AT32F425、AT32F421、AT32L021、AT32F423、AT32F455等系列的Sub小板，搭配雅特力電機(jī)函數(shù)庫(kù)，PMSM(BLDC)電機(jī)，AT-Link或第三方調(diào)試下載器使用，可驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)、交流同步電機(jī)，以及異步電機(jī)。

相關(guān)硬件配置可參考UM0011低壓電機(jī)控制開發(fā)板使用手冊(cè)。

圖2. AT-MOTOR-EVB適配Sub板

電機(jī)開發(fā)軟件

雅特力提供多模式完整電機(jī)庫(kù)，配置免費(fèi)的電機(jī)監(jiān)控上位機(jī)調(diào)試軟件，友好的電機(jī)監(jiān)控和調(diào)試軟件UI界面，可實(shí)時(shí)監(jiān)看電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、狀態(tài)與動(dòng)態(tài)顯示響應(yīng)波形，便于進(jìn)行在線調(diào)試相關(guān)控制參數(shù)，滿足工程人員開發(fā)需求，提升電機(jī)控制產(chǎn)品上市進(jìn)程。

軟件環(huán)境準(zhǔn)備

• 開啟相應(yīng)范例工程AT32F4xx_MC_Library_Project\motor_evb_2v0\at32f4xx
• 電機(jī)應(yīng)用PC軟件ArteryMotorMonitor.exe（本軟件不需安裝，只需直接運(yùn)行可執(zhí)行程序）
• Keil的配置需根據(jù)各個(gè)AT32 MCU的閃存存儲(chǔ)大小修改Options中的Read/Only MemoryAreas，詳細(xì)參照下表1，例：AT32F413RCT7的閃存存儲(chǔ)大小為256K字節(jié)，則其IROM1的起始位置為0x8000000，大小為0x3F800，其IROM2的起始位置為0x803F800，大小為0x800。AT32F413RCT7的修改范例如下圖3所示；AT32 IDE的配置需根據(jù)各個(gè)AT32 MCU的閃存存儲(chǔ)大小修改Id文件如下圖4所示。

表1. 對(duì)應(yīng)閃存存儲(chǔ)空間ROM配置表

圖3.AT32F413RCT7 ROM配置(Keil)

圖4.AT32F413RCT7 ROM配置(AT32 IDE)

快速上手操作指南

*不同的電機(jī)控制方式，調(diào)試的流程和項(xiàng)目可能會(huì)有差異

修改電機(jī)控制模式及參數(shù)

• 在電機(jī)庫(kù)文檔中的motor_control_drive_param.h內(nèi)提供用戶自行輸入電機(jī)控制模式、電機(jī)參數(shù)、控制板參數(shù)、控制器參數(shù)。
• 模式宏定義基于用戶的硬件與電機(jī)特性，可定義適當(dāng)?shù)哪Ｊ剑甓x設(shè)定步驟可參考Quick Start Guide(快速入門指南)。

建立連接

在確保完成硬件準(zhǔn)備和軟件環(huán)境準(zhǔn)備后，我們可以進(jìn)行以下操作建立上位機(jī)監(jiān)控與調(diào)試軟件與控制版的連接。詳細(xì)電機(jī)UI（電機(jī)監(jiān)控與調(diào)試軟件）使用說明請(qǐng)參照AN0063文檔。

參數(shù)自動(dòng)鑒定

參數(shù)自動(dòng)鑒定分為兩部分，分別為電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)、電流PI控制參數(shù)自定義。若已有電機(jī)RS_LL以及LS_LL參數(shù)則不需進(jìn)行電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)，可以直接修改motor_control_drive_param.h文件內(nèi)的宏定義RS_LL以及LS_LL。

電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)：

STEP-1.在motor_control_drive_param.h文件內(nèi)，填入電機(jī)額定電流(NOMINAL_CURRENT)宏定義并重新編譯燒錄代碼，如下圖5所示。

圖5.電機(jī)額定電流宏定義

STEP-2.使用UI電機(jī)調(diào)試軟件，切換到Auto Tune頁(yè)面，在狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)為safty ready時(shí)按下Identify Winding parameter按扭即執(zhí)行電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)，如下圖6所示。

圖6.電機(jī)線圈參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)

STEP-3.Identified process state回報(bào)是否成功(SUCCEED)并獲得RS_LL以及LS_LL參數(shù)并將數(shù)值填入motor_control_drive_param.h文件宏定義RS_LL以及LS_LL參數(shù)并重新編譯燒錄代碼，如下圖7所示。

圖7.電機(jī)線圈參數(shù)宏定義

電流PI控制參數(shù)自定義：

STEP-1.在motor_control_drive_param.h文件內(nèi)，填入輸入電源DC電壓(VDC_RATED)宏定義并重新編譯燒錄代碼，如下圖8所示。

圖8.電機(jī)額定電壓

STEP-2.切換到Auto Tune頁(yè)面，在狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)為safty ready時(shí)按下UI軟件的Auto-tune Current PI parameter按扭即執(zhí)行電流PI控制參數(shù)自定義，完成后會(huì)自動(dòng)更新Q軸以及D軸電流的PI控制參數(shù)，如下圖9所示。

圖9.電流PI控制參數(shù)自定義

STEP-3.將上圖9顯示的參數(shù)填回宏定義(motor_control_drive_param.h)并重新編譯燒錄代碼，如下圖10。

圖10.電流PI控制參數(shù)宏定義

Q軸電流調(diào)試

此模式下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)步階的電流，如下圖11，可以調(diào)整步階電流的相關(guān)參數(shù)，產(chǎn)生步階電流的目的是為了查看調(diào)整Q軸電流的PID電流環(huán)參數(shù)后的電流響應(yīng)。

圖11.步階電流示意圖

詳細(xì)操作步驟如下：

STEP-1.將控制模式下拉菜單選為IQ tune圖12.控制模式選取IQ電流環(huán)調(diào)試

STEP-2.切換到Tuning Parameters頁(yè)面，設(shè)置PID參數(shù)以及步階電流參數(shù)，初次調(diào)整可以使用電流PI控制參數(shù)自定義后的參數(shù)，如電流響應(yīng)不如預(yù)期在進(jìn)行調(diào)整，如下圖13

圖13.PID參數(shù)以及步階電流參數(shù)

STEP-3.按下啟動(dòng)電機(jī)(Start Motor)按紐

STEP-4.調(diào)整繪圖區(qū)的參數(shù)監(jiān)控為Torque reference(Iq)以及Torque measured(Iq)并按下Save鍵

圖14.調(diào)整通道監(jiān)控參數(shù)(IQ電流環(huán)調(diào)試)

STEP-5.點(diǎn)選繪圖紐即可呼叫出波形窗口，波形制圖控制按鈕詳細(xì)說明可參考AN0063AT32Motor Monitor Application Note

STEP-6.查看電流響應(yīng)是否如預(yù)期，如下圖15，若不如預(yù)期則按下停止電機(jī)，并重復(fù)STEP-2~STEP6

圖15.電流環(huán)調(diào)試波型

STEP-7.微調(diào)完成后將參數(shù)填回宏定義(motor_control_drive_param.h)并重新編譯燒錄代碼，如下圖16。

圖16.電流PI控制參數(shù)宏定義

外部/軟件命令控制

本范例工程支持兩種控制來源，包含外部電壓控制以及軟件控制，外部電壓控制為通過外部的電壓調(diào)整速度或轉(zhuǎn)矩的大小，在本低壓電機(jī)控制開發(fā)板為調(diào)整紅框處的電位器來控制命令值的大小，電位器為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電壓會(huì)遞增，軟件控制則為直接輸入速度或轉(zhuǎn)矩命令值來控制，本范例工程初始設(shè)定默認(rèn)為軟件控制模式。

圖17.電位器位置圖（外部電壓控制來源）

控制來源可以直接修改程序定義或是通過電機(jī)應(yīng)用PC軟件來做修改，程序定義值于motor_control_drive_param.h文檔內(nèi)的CTRL_SOURCE，如下圖18。通過PC軟件修改的修改方式詳見下圖19，且根據(jù)用戶選擇不同的控制模式會(huì)對(duì)應(yīng)不同的控制參數(shù)，若為速度控制模式時(shí)則會(huì)顯示目標(biāo)速度的控制欄位，如下圖19，若選擇轉(zhuǎn)矩控制則會(huì)有目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流的控制欄位，如下圖20。

圖18.控制來源定義值(軟件控制來源(上)/外部電壓控制(下))

1) 外部電壓控制來源

在來源選擇的下拉菜單中若選擇external voltage control則可以切換到外部來源控制，可通過外部的電壓調(diào)整速度或轉(zhuǎn)矩的大小，目標(biāo)速度或目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的欄位將會(huì)顯示目前控制電壓下所換算的控制速度或轉(zhuǎn)矩大小。注意：外部來源控制模式下本欄位不可修改。

圖19.速度控制模式(外部電壓控制來源)

圖20.轉(zhuǎn)矩控制模式(外部電壓控制來源)

2) 軟件控制來源

默認(rèn)為軟件控制模式，來源選擇的下拉菜單中選擇Software control也可切換至軟件控制模式，如下圖21，在此模式下通過修改UI接口的目標(biāo)速度/轉(zhuǎn)矩來調(diào)整電機(jī)控制的速度/轉(zhuǎn)矩大小，雙擊此欄位即可修改數(shù)值，設(shè)定完成可看到下面欄位顯示設(shè)置成功的信息。

圖21.軟件控制來源設(shè)置目標(biāo)速度

電機(jī)應(yīng)用方案

雅特力AT32 MCU在電機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可全方位滿足電動(dòng)兩輪車/摩托車、高速吹風(fēng)機(jī)、吊扇控制器、洗衣機(jī)、伺服控制器、高速散熱風(fēng)扇、電鉆、鏈鋸、割草機(jī)等應(yīng)用開發(fā)需求，點(diǎn)擊雅特力官網(wǎng)“應(yīng)用方案-電機(jī)驅(qū)動(dòng)”可查閱詳情。