AT32電機控制算法庫

目標電機：

• 三相永磁同步電機（直流無刷電機）

控制模式：

• 可執(zhí)行有位置感測器/無位置感測器FOC弦波矢量控制
• 可執(zhí)行有位置感測器/無位置感測器120°方波BLDC電機控制

三相PWM調(diào)制模式：

• SVPWM
• 120°導通PWM控制

相電流檢測模式：

• 三電阻電流檢測
• 雙電阻電流檢測
• 單電阻電流檢測和重構方式

自動調(diào)試功能：

• 霍爾狀態(tài)自學習(霍爾傳感器專用)
• 電機線圈參數(shù)自動辨識
• 電流PI控制參數(shù)自定義

圖1. AT32電機控制算法庫

電機開發(fā)板AT-MOTOR-EVB

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

相關硬件配置可參考UM0011低壓電機控制開發(fā)板使用手冊。

圖2. AT-MOTOR-EVB適配Sub板

電機開發(fā)軟件

雅特力提供多模式完整電機庫，配置免費的電機監(jiān)控上位機調(diào)試軟件，友好的電機監(jiān)控和調(diào)試軟件UI界面，可實時監(jiān)看電機運轉(zhuǎn)參數(shù)、狀態(tài)與動態(tài)顯示響應波形，便于進行在線調(diào)試相關控制參數(shù)，滿足工程人員開發(fā)需求，提升電機控制產(chǎn)品上市進程。

軟件環(huán)境準備

• 開啟相應范例工程AT32F4xx_MC_Library_Project\motor_evb_2v0\at32f4xx
• 電機應用PC軟件ArteryMotorMonitor.exe（本軟件不需安裝，只需直接運行可執(zhí)行程序）
• Keil的配置需根據(jù)各個AT32 MCU的閃存存儲大小修改Options中的Read/Only MemoryAreas，詳細參照下表1，例：AT32F413RCT7的閃存存儲大小為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AT32 MCU的閃存存儲大小修改Id文件如下圖4所示。

表1. 對應閃存存儲空間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

*不同的電機控制方式，調(diào)試的流程和項目可能會有差異

修改電機控制模式及參數(shù)

• 在電機庫文檔中的motor_control_drive_param.h內(nèi)提供用戶自行輸入電機控制模式、電機參數(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特性，可定義適當?shù)哪Ｊ?，宏定義設定步驟可參考Quick Start Guide(快速入門指南)。

建立連接

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

參數(shù)自動鑒定

參數(shù)自動鑒定分為兩部分，分別為電機線圈參數(shù)自動辨識、電流PI控制參數(shù)自定義。若已有電機RS_LL以及LS_LL參數(shù)則不需進行電機線圈參數(shù)自動辨識，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。

電機線圈參數(shù)自動辨識：

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

圖5.電機額定電流宏定義

STEP-2.使用UI電機調(diào)試軟件，切換到Auto Tune頁面，在狀態(tài)機的狀態(tài)為safty ready時按下Identify Winding parameter按扭即執(zhí)行電機線圈參數(shù)自動辨識，如下圖6所示。

圖6.電機線圈參數(shù)自動辨識

STEP-3.Identified process state回報是否成功(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.電機額定電壓

STEP-2.切換到Auto Tune頁面，在狀態(tài)機的狀態(tài)為safty ready時按下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，完成后會自動更新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

此模式下會產(chǎn)生一個步階的電流，如下圖11，可以調(diào)整步階電流的相關參數(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。

圖11.步階電流示意圖

詳細操作步驟如下：

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頁面，設置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)，如電流響應不如預期在進行調(diào)整，如下圖13

圖13.PID參數(shù)以及步階電流參數(shù)

STEP-3.按下啟動電機(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.點選繪圖紐即可呼叫出波形窗口，波形制圖控制按鈕詳細說明可參考AN0063AT32Motor Monitor Application Note

STEP-6.查看電流響應是否如預期，如下圖15，若不如預期則按下停止電機，并重復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，電位器為逆時針轉(zhuǎn)動電壓會遞增，軟件控制則為直接輸入速度或轉(zhuǎn)矩命令值來控制，本范例工程初始設定默認為軟件控制模式。

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應用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對應不同的控制參數(shù)，若為速度控制模式時則會顯示目標速度的控制欄位，如下圖19，若選擇轉(zhuǎn)矩控制則會有目標轉(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，目標速度或目標轉(zhuǎn)矩的欄位將會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接口的目標速度/轉(zhuǎn)矩來調(diào)整電機控制的速度/轉(zhuǎn)矩大小，雙擊此欄位即可修改數(shù)值，設定完成可看到下面欄位顯示設置成功的信息。

圖21.軟件控制來源設置目標速度

電機應用方案

雅特力AT32 MCU在電機領域得到廣泛應用，可全方位滿足電動兩輪車/摩托車、高速吹風機、吊扇控制器、洗衣機、伺服控制器、高速散熱風扇、電鉆、鏈鋸、割草機等應用開發(fā)需求，點擊雅特力官網(wǎng)“應用方案-電機驅(qū)動”可查閱詳情。