簡(jiǎn)介

本博文基于世平集團(tuán)的靈動(dòng)微 MM32SPIN560C 無刷電機(jī)開發(fā)板在用戶調(diào)試電機(jī)時(shí)，描述在用戶拿到電機(jī)時(shí)從硬件至軟件的調(diào)試過程。

1 硬件平臺(tái)

靈動(dòng)微 MM32SPIN560C 無刷電機(jī)開發(fā)板方案鏈接：
https://www.wpgdadatong.com/solution/detail/37060

1.1 MM32SPIN560C 帶有柵極驅(qū)動(dòng)器的 MCU 簡(jiǎn)介

MM32SPIN560C 使用高性能的 Arm Cortex-M0 為內(nèi)核的 32 位微控制器，最高工作頻率可達(dá) 96 MHz。
128KB Flash，8KB SRAM
2 個(gè)12 位的 ADC，采樣速度高達(dá) 3 Msps。
5 個(gè)通用定時(shí)器、2 個(gè)針對(duì)電機(jī)控制的 PWM 高級(jí)定時(shí)器。
1 個(gè) I2C 接口、2 個(gè) SPI 接口和 3 個(gè) UART 接口。
針對(duì)電機(jī)應(yīng)用內(nèi)置 3 個(gè)運(yùn)放，3 個(gè)比較器。
預(yù)驅(qū)工作電壓高達(dá) 60 V。

2 電機(jī)調(diào)試方法及流程

2.1 矢量控制框圖

當(dāng)我們拿到 MM32SPIN560C 開發(fā)板與電機(jī)時(shí)，我們的應(yīng)對(duì)框圖中的模塊一一調(diào)試，以達(dá)到最佳效果 。

2.2 驗(yàn)證三相 PWM & ADC 觸發(fā)采樣時(shí)間

1、不外接電機(jī)，使用高級(jí)定時(shí)器輸出 6 路互補(bǔ)的 PWM ，改變占空比，查看輸出波形是否正確。
2、不外接電機(jī)，利用 ADC 中斷使 LED 翻轉(zhuǎn) ，使用示波器查看 PWM 下管導(dǎo)通時(shí)，ADC 中斷觸發(fā) LED 的翻轉(zhuǎn)的跳變沿應(yīng)在下管導(dǎo)通期間內(nèi)的中點(diǎn)。

2.3 測(cè)試相電流采樣

1、不接電機(jī)，ADC 采樣相電流，ADC 的采樣值應(yīng)為硬件所設(shè)計(jì)偏移電壓值，此時(shí)值應(yīng)趨于穩(wěn)定。
2、接上電機(jī)，將 U 相占空比設(shè)置為 5%，V、W 相設(shè)置為 0 ，用示波器或萬用表測(cè)量采樣電阻，此時(shí)應(yīng)該有電壓值，并用 ADC 讀取 Ia、Ib、Ic 的電流值，此時(shí) Ia 相電流應(yīng)為正，Ib、Ic 相電流應(yīng)為負(fù)，如若不對(duì)，采樣相序有問題。

2.4 調(diào)試 SVPWM 模塊

通過 SVPWM 模塊可以把 FOC 的控制結(jié)果轉(zhuǎn)換為定時(shí)器 6 個(gè)通道的占空比，從而驅(qū)動(dòng)三相全橋控制定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。驗(yàn)證 SVPWM 模塊的功能，需要使用反 park 變換和 SVPWM 模塊，產(chǎn)生開環(huán)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

1、將 MM32SPIN560C 代碼中的 FOC 部分注釋掉，只保留反 park 變換函數(shù)和 SVPWM 函數(shù)。
2、反 park 變換中輸入的參數(shù)有三個(gè)，Angle、Ud、Uq。
① 首先我們?cè)O(shè)置 Angle，假設(shè)我們的電機(jī)為 2 對(duì)極，PWM 頻率為 20 Khz，我們想使電機(jī)達(dá)到 500 Rmp，則 Angle = (2*500*360)/20000 = 0.3° 則每次中斷角度自增 0.3°，在程序中我們用到的 Q15 格式的定標(biāo)是 Π 為基準(zhǔn)值，則我們?cè)诔绦蛑性O(shè)定 Angle = (0.3°/180°)*32767 = 54(標(biāo)幺值)。
② Ud = 0。
③ Uq 我們?cè)谠O(shè)定時(shí)不應(yīng)超過 (Udc/√3) ，假設(shè)母線電壓為 24V，程序中的標(biāo)幺化計(jì)算則為 Uq = ((24V /√3) / 24V )*32767 = 18918(標(biāo)幺值)，那么我們可以根據(jù)電機(jī)的 KV 值去計(jì)算電機(jī)在 500 轉(zhuǎn)時(shí)的給定電壓。
④ 將電機(jī)接入，微調(diào) Uq 的給定值，使電機(jī)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)起來，再次去觀察 Ia、Ib、Ic 的電流波形，應(yīng)為連續(xù)的三相相差 120° 的正弦波形。

2.5整定電流環(huán) PID 參數(shù)

1、將 MM32SPIN560C 代碼中的 clark 變換、park 變換、PID 控制器加入。
2、將電機(jī)在 2.4 小結(jié)的狀態(tài)中繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，觀察 Id、Iq 的波形，應(yīng)該是兩條直線（略帶彎曲正常），如果為正玄，則 Ia、Ib、Ic 相電流順序與與真實(shí) U、V、W 相反了。
3、當(dāng)前的系統(tǒng)輸入?yún)?shù)有三個(gè)，Iq_Ref、Id_Ref、Angle ，我們可以先整定 Iq 的 PID 參數(shù)。
① 將 Id 的 PID 參數(shù)設(shè)置為 0。
② 在程序中的設(shè)定 Iq_Ref，假設(shè) Iq_Ref 設(shè)定在 0.5A，相采樣電阻阻值為 50 毫歐，運(yùn)放的放大倍數(shù)為 5，運(yùn)放的偏執(zhí)電壓為 2.5V，ADC 的滿量程為 5V。則 Iq_Ref = (0.5A/ (5V/2/5/0.05R)) * 32767 = 1638。
③ 運(yùn)行電機(jī)，觀察反饋的 Iq 與 Iq_Ref 的誤差，調(diào)節(jié) Iq 的 PID 參數(shù) Kp 、Ki ，使 Iq 收斂到 Iq_Ref 上。
④ 對(duì)于表貼電機(jī) Iq 的 PID 參數(shù)可以一一帶入 Id。

2.6 角度閉環(huán)

通過傳感器或觀測(cè)器將觀測(cè) Angle 值，與自增 Angle 值相同。

1、將 MM32SPIN560C 代碼中的 SMO、PLL 模塊加入，設(shè)定 Id_Ref 、Iq_Ref、自增 Angle、測(cè)量 Rs、Ls、極對(duì)數(shù)填入 SMO 參數(shù)中。
2、觀察 Id、Iq、觀測(cè) Angle、自增 Angle 的波形。
① Id、Iq 接近于 Id_Ref、Iq_Ref 。
② 觀測(cè) Angle、自增 Angle 兩個(gè)波形應(yīng)該都是幅值相同的三角波，如果觀測(cè) Angle 的變化方向與自增 Angle 不同，那么觀測(cè) Angle 的輸出角度值需要反向。如果他們兩者的波形并不重合，在水平軸上存在偏差值，那么我們需要修改 SMO、PLL 的整定參數(shù)。

2.7 驗(yàn)證電流環(huán)閉環(huán)

給定的 Iq_Ref 的正負(fù)會(huì)使電機(jī)正反轉(zhuǎn)。并且在 ±Iq_Ref 數(shù)值一致時(shí)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)速度也應(yīng)該相同,( Id 的作用是把轉(zhuǎn)子固定在當(dāng)前角度，不讓轉(zhuǎn)子動(dòng), Iq 的作用產(chǎn)生扭矩，吸引著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn))。

1、將 Iq_Ref = 1638 ，Id_Ref = 0。由于滑膜觀測(cè)器在低速時(shí)觀測(cè)角度不佳，我們?cè)趩?dòng)時(shí)應(yīng)開環(huán)帶轉(zhuǎn)到一定速度再切入角度閉環(huán)。
2、切入角度閉環(huán)后，觀察 Ia、Ib、Ic、波形應(yīng)為連續(xù)的三相相差 120° 的正弦波形，若 Ia、Ib、Ic 曲線發(fā)生畸變，不是正弦波形，則需要降低比例及積分作用。

2.8 速度閉環(huán)

在一般的應(yīng)用場(chǎng)景中不考慮對(duì)電機(jī)進(jìn)行弱磁控制，會(huì)將 Id_Ref 設(shè)置為0，則速度的 PID 整定后的輸出參數(shù)為 Iq_Ref, 輸入的參數(shù)為 Rmp。

1、首先將速度 PID 的輸出 Iq_Ref 限幅在可控的安全電流內(nèi)，啟動(dòng)電機(jī)，調(diào)節(jié) Kp、Ki 比例使速度實(shí)際值與速度參考值接近。
2、觀察速度 PID 的輸出 Iq_Ref 與反饋的 Iq 波形，調(diào)節(jié)速度參考值，觀察 Iq_Ref 變化后反饋的 Iq 波形的收斂速度，微調(diào)電流環(huán) Kp、Ki 使其在合適的范圍內(nèi)。同方法再調(diào)節(jié)速度實(shí)際值與速度參考值的收斂速度。使電機(jī)在實(shí)際工作中可以得到快速響應(yīng)。

3、總結(jié)

本文介紹了 MM32SPIN560C 開發(fā)板在調(diào)節(jié)不同的電機(jī)時(shí)，如何分析并整定電機(jī)參數(shù)，調(diào)節(jié)各個(gè)模塊之間的耦合，使其電機(jī)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。如遇到無法解決的調(diào)試問題可以聯(lián)系我們郵箱：atu.sh@wpi-group.com ，我們將在收到后及時(shí)給予您回復(fù)。

4、參考文獻(xiàn)

(1) MM32SPIN560C Datasheet