STM32如何实现电机控制.ppt

Cliquez pour modifier le style du titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,STM32,全国研讨会,14-25/09/2009,STM32,马达控制软件介绍,及开发套件的使用,2009,年,STM32,全国研讨会,北京、深圳、上海、台北、青岛、重庆、南京、哈尔滨、武汉、福州、西安,2,演讲内容,STM32,面向马达控制的特性,STM32,马达控制软件库的介绍,FOC,简介,软件库特点,软件库结构,软件库性能,马达控制套件的使用,套件特点,套件功能,怎样基于,STM32,马达控制套件及软件库实现,PMSM,马达的无传感器模式控制,使用户能在很短时间内就能运转自己的马达,3,STM32,面向马达控制的特性,功能强劲的内核,ARM Cortex-M3,1.25DMIPS/MHz,，哈弗结构，与,ARM7,相比性能提高,30%,单周期乘法、硬件除法及乘累加指令,代码密度,Thumb-2,指令集，,与,ARM7,相比代码密度提高,30%,NVIC,：快速的中断响应,面向马达控制的丰富的外设,16,位高级定时器,6,通道三相互补,PWM,的产生，带硬件死区，每个通道的极性独立设定,时钟为,72MHz(13.9ns,精度,),紧急故障输入端口，可异步地关断,PWM,的输出,可触发,ADC,的事件,16,位通用定时器,霍尔、编码器硬件接口,ADC,双,ADC,或三,ADC,模块,12 BIT,精度，,1MSps,，每个通道的采样时间可单独编程,可由外部或定时器事件触发,DMA,通道分组：注入转换组及常规转换组,SCAN,模式,多样化的双,ADC,模式,4,软件库,FOC,简介,FOC(Field,Oriented Control),，采用数学方法实现三相马达的力矩和励磁的解耦控制,定子电流被分解成：,励磁电流,Id,：产生励磁,交轴电流,Iq,：控制电磁力矩，类似于,DC,马达的电枢电流,FOC,算法优点：,当负载变化时，速度响应快速而精确,马达的瞬时效率得到优化,能实现位置控制（通过瞬时力矩控制）,5,软件库,特点,(1),针对无刷马达控制的方案,有传感器,/,无传感器方案的实现,交流感应马达,(,带速度反馈,),PMSM,马达,(,无传感器方案的实现,),特点,GUI,用户界面：产生软件库的头文件,用户调试界面,(,通过,LCD,及,JOYSTICK),：可实时地调试,PID,及观测器参数,DAC,功能：可实时地跟踪某些重要的变量,以循序渐进的方式指导用户如何使用软件库来开发自己的项目,详尽的用户手册,免费的软件源代码,6,软件库,特点2),特点,(,续,),优化的,PMSM,马达控制,不同的转子位置反馈方法的实现,Sensor,模式：,HALL(120,度,/60,度,)/ENCODER,Sensorless,模式：,Luenberger,观测器及,PLL,算法,马达相电流采样：,三电阻法,单电阻法：改善硬件成本,电流传感器法,MTPA,I-PMSM,马达的优化控制,改进的弱磁控制算法：无须知道马达的精确参数,电流前馈：可实现对,DC BUS,纹波的补偿,7,软件库,特点,(3),：,GUI,界面,通过直观的界面配置软件库,输入马达及控制参数，可直接生成软件库的头文件,8,软件库,特点,(4),：实时调试界面,可实时地调节力矩环，励磁环及速度环,PID,的参数,可实时地调节观测器的增益参数,(,无传感器模式下,),可实时地改变目标速度,(,速度控制模式下,),或目标力矩及励磁,(,力矩控制模式下,),进入弱磁控制区的上限电压值的选择,DC BUS,电压及功率板温度监控,DAC,输出变量的选择,STM32 Motor Control,PMSM FOC,ver,1.0,Sensorless,Demo,Speed control mode,TargetMeasured,02500(rpm)00000,Move Change,9,STM32 Motor Control,PMSM FOC,ver,1.0,Singalon PB0,Iqref,Singal,on PB1,Ia,Move Change,软件库,特点,(5),：,DAC,功能,通过,TIM3,的两个,PWM,通道实现,可通过,LCD,菜单实时地检测两个软件变量,软件脱机运行，避免使用仿真器运行时引起的驱动电路烧坏,可实时检测马达相电流，速度，转子位置等,可在头文件中通过条件编译行禁止,10,软件库,特点,(6),：,MTPA,MTPA,I-PMSM(,永磁体内嵌式马达：,L,d,v,abc,i,abc,-,i,qd,电流采样,无传感器观测器,PID,电流调节,电流前馈,&,BUS,电压补偿,PI,速度,调节,定子 电压,闭环 弱磁,r,MTPA,i,qd,*,i,abc,T,e,*,i,qd,*,i,qd,voltage level*,r,+,r,el,Bus voltage,V measurement,r,速度环,电流环,13,软件库性能,FOC,算法执行时间,基于,Cortex,TM,-M3,强劲的计算能力，,sensorless,模式下,FOC,控制环的执行时间如下,(,与第三方编译器有关,),三电阻电流采样方式：从,20.2,s,到,21.6,s,单电阻电流采样方式：从,23.9,s,到,26,s,v,ds,v,qs,+,-,+,-,i,qs,i,ds,i,qs,*,i,ds,*,r,el,v,s,i,abc,s,r,eli,s,PID,PID,REVERSE PARK&circle limitation,CALC SVPWM,3-SHUNT,CURRENT READING,SENSORLESS,ROTOR POSITION FEEDBACK,CLARKE,PARK,CPU load 10kHz sampling time,30%,CPU load 10kHz sampling time 25%,1-SHUNT,CURRENT READING,14,软件库性能,代码长度,由于,Thumb2,指令集具有较好的代码密度，,PMSM FOC,软件库的总的代码长度,(,sensorless,模式，三电阻电流采样,),为：,23.3kB,到,24.7kB(,与第三方的编译器有关,),排除,LCD,及,Joystick,管理代码，纯的马达驱动的代码长度为：,(,矢量控制模块的优化选项为,速度优化,),12.5Kb,15,马达控制套件,(1),特点,高压驱动板,+,低压控制板整合成一块主板，价格远低于第一代套件,更高的功率容量,(,与第一代套件相比,),直观的硬件平台，使用户无需设计硬件即可进行马达驱动性能的评估。,给用户设计硬件电路提供参考,仿真器,(,不包含在套件中,),隔离板,主板,16,马达控制套件,(2),：功能,兼容,STM32 FOC,软件库,软件库可以直接在该套件上运行,通过跳线设置，可满足软件的各种编译模式,单电阻和三电阻电流取样选择功能,编码器,/HALL,输入检测功能，,Sensorless,模式,满足大功率应用要求，如变频空调压缩机及工业大功率电机驱动的开发调试,20A/30A IGBT,三相半桥驱动模块,主动,PFC,控制功能,兼容部分,PFC,、全部,PFC,硬件拓扑结构，包括：,AC,输入电压波形检出（正弦波）,电感电流波形检出（正弦波）,DC BUS,电压检出,PFC,硬件保护电路：,IGBT,过流硬件自关断，,IGBT,过流保护信号输出,可提升,DC BUS,电压，抑制输入电流谐波,17,马达控制套件的使用,(3),：功能,一块控制板集成了,EVB,及功率驱动的所有功能，摒弃了原开发套件,(EVB+Power Stage),的模式，且驱动功率更高,JTAG,仿真隔离板,能耗刹车控制电路,LCD,及,Joystick,用户界面：可结合,FOC,软件库调试马达,RS232,通信接口,(,光耦隔离,),CAN,通信接口,上电延时功能：抑制上电浪涌电流,可驱动低压马达,(12V/24V),及高压马达,(,交流,220V),18,基于马达控制套件实现,PMSM,马达的控制,(1),使用,GUI,产生软件库参数头文件,使马达运行在纯传感器模式,HALL,或,ENCODER,选择马达电流采样方式,马达电流采样电路参数设置,Shunt,：,0.015,欧,放大倍数：,39,输入马达参数,使能电流环调节,使用,GUI,产生参数头文件，替代软件库中的原文件，编译软件库，通过,JTAG,仿真器把程序烧入,MCU,在套件上运行，此时马达短时间地正反转，运行在速度开环模式下，用,DAC,功能监测阶跃响应，实时调节电流,PID,参数；,把电流,PID,参数结果写入软件，禁止电流环调节，使马达运行在速度闭环模式下，调节速度,PID,参数,19,基于马达控制套件实现,PMSM,马达的控制,(2),使马达运行在纯传感器模式，且使能观测器,：,选择,OBSERVER_GAIN_TUNING,：,电流和速度环仍使用由传感器反馈的转子位置角信号，但此时观测器同时运行；,使用,DAC,功能实时地调节观测器及,PLL,增益参数（,K1,，,K2,，,F1,，,F2,，,PLL_KP_GAIN,，,PLL_KI_GAIN,）：观测器增益参数对反电动势观测起作用，而,PLL,增益参数,(,一般其缺省值就满足要求了,),对位置角重构起作用；,一旦这,6,个参数确定，把它们写入头文件,MC_State_Observer_param.h,20,基于马达控制套件实现,PMSM,马达的控制,(3),使马达运行在无传感器模式，但仍使能传感器反馈处理,：,选择,NO_SPEED_SENSORS,及,VIEW_HALL_FEEDBACK,或,VIEW_ENCODER_FEEDBACK,之一，电流和速度环使用由观测器反馈的转子位置角信号。传感器反馈的信号仍处理，使其可与观测器反馈的位置角信号进行比较；,填写,MC_State_Observer_param.h,中剩余的参数，且第一次设置统计参数；,注意：如要达到较高的速度精度，可能需要针对不同的速度值设置不同的速度,PID,参数，且需要进一步实时地调节观测器，,PLL,及速度,PID,参数。,21,基于马达控制套件实现,PMSM,马达的控制,(4),马达运行在无传感器模式：,注释掉,VIEW_HALL_FEEDBACK,或,VIEW_ENCODER_FEEDBACK,；,注释掉,OBSERVER_GAIN_TUNING,;,如果,DAC,功能不再需要，注释掉,DAC_FUNCTIONALITY,以减小代码长度,谢谢,2009,年,ST MCU,巡回演讲,