平头哥CDK助力中科昊芯HX2000系列芯片之双电机有感FOC控制系统专题（四）永磁电机双闭环FOC控制

V2.12.1,平头哥剑池集成开发环境（CDK）推出最新版。

 

自中科昊芯推出专题阐述HXS320F28034双电机有感FOC控制系统实现以来，第一期主要分析了双电机有感FOC控制原理，第二期着重分析了永磁BLDC的霍尔位置开环控制，第三期着重分析了永磁BLDC的双闭环调速，本期基于平头哥半导体有限公司的剑池集成开发环境（简称“CDK”）V2.12.1版本与HXS320F28034驱动一体板联合开发永磁PMSM的双闭环有感FOC调速，永磁双闭环有感FOC双电机协调控制内容将在下期展开。

 

PMSM双闭环有感FOC原理如图1，系统给定转速n*与差分增量式编码器计算所得实际转速nfbk相比较，经速度PI运算得到q轴电流给定值iq*，采用id*=0控制，与霍尔电流采样得到三相实际电流ia,ib,ic，经CLARK与PARK变换所得d轴与q轴电流id,iq进行比较，经电流PI输出调节电压Ud*,Uq*，经反PARK变换得到调节电压Uα*,Uβ*，经空间矢量脉宽调制SVPWM输出三路开关管切换时间Tcm1,Tcm2,Tcm3，与三路PWM输出的三角载波相比较得到六路调制脉宽，驱动控制三相六桥臂MOSFET逆变器通断，实现双闭环调速。

图1

依照上述原理，设计HXS320F28034 PMSM双闭环有感FOC系统如图2，通过GPIO按键控制电机使能与转速给定，转子位置与速度检测通过QEP模块实现，电流采样通过ADC模块实现，经双闭环PI调节输出PWM波的导通脉宽，从而实现电机调速。硬件连接如图3，图中的小黑色电路板为差分编码转换器，读者可根据需要自行采购。

图2

图3
 

系统所采用的软硬件开发环境详见《芯教程|平头哥CDK助力中科昊芯HX2000系列芯片之双电机有感FOC控制系统专题（一）第一期：双电机有感FOC控制原理》。

 

根据上述分析，基于CDK开发PMSM双闭环FOC有感调速，代码包括：PWM、QEP的外设GPIO引脚配置、三路三相PWM波输出配置，QEP初始化配置与差分编码器位置采样、转速与电角度计算、ADC初始化配置与电流采样、PMSM斜坡启动编码器校正、PI调节算法、CLARK、PARK正逆变换、SVPWM算法调制的EPWM事件触发中断服务程序，主程序执行调用，其中SVPWM算法调制的EPWM事件触发中断服务程序代码为：

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1.void INTERRUPT epwm1_isr(void)

2.{

3. /*出于安全考虑，默认驱动板上电时封波，按下GPIO7后，电机开始启动*/

4. if(GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO7==0)

5. {

6.  epwm_flag++;

7. }

8.

9. /*判断启动脉冲信号是否产生，产生后电机开始启动*/

10. if(epwm_flag!=0)

11. {

12.  /*启动计时*/

13.  start_step++;

14.

15.  /*扇区读取:用于获取确定的转子初始位置与对应的SVPWM初始扇区*/

16.  sector_uvw();

17.

18.  /*斜坡启动与调速：300rpm斜坡加速启动后调速，300个计数内完成启动*/

19.  if((speed_ref<300)&&(start_step<=300))

20.  {

21.   /*斜坡启动*/

22.   start_ramp();

23.  }

24.  else

25.  {

26.   /*调速*/

27.   speed_regulated();

28.  }

29.

30.  /*转速闭环*/

31.  speed_loop();

32.  /*电流闭环*/

33.  current_loop();

34.

35.  /*给定固定初始角度使电机转过最大反电势点，读取校正值=此时脉冲计数*/

36.  theta=theta_open;

37.

38.  /*根据差分编码器的霍尔信号判断电机反电势是否处于最大值*/

39.  if(theta==NA*_IQ7(PI/3)+_IQ7(PI/6))

40.  {

41.   iel_int++;

42.  }

43.  /*反电势最大时，切电角度闭环，使编码器零位与电机零位对齐，完成启动*/

44.  if(iel_int!=0)

45.  {

46.   /*计算电角度*/

47.   theta=freq*_IQ7(2*PI);

48.  }

49.

50.  /*两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系*/

51.  iPark();

52.

53.  /*空间矢量旋转变换*/

54.  svpwm_motor();

55.  /*调制占空比输出配置*/

56.  epwm_compare();

57. }

58.

59. /*清除事件中断的INT全局中断*/

60. EPwm1Regs.ETCLR.bit.INT=1;

61.

62. /*中断应答，锁定IER的第3组中断向量*/

63. PieCtrlRegs.PIEACK.all=PIEACK_GROUP3;

64.}

CDK上开发PMSM双闭环FOC有感控制程序，其编译结果为：

 

编译通过后，就可以开始调试了，调试结果如下：

 

调试后，控制PMSM在400rpm~600rpm调速效果如下：
 

 

 

 

关于中科昊芯
 

“智由芯生 创享未来”，中科昊芯是数字信号处理器专业供应商。作为中国科学院科技成果转化企业，瞄准国际前沿芯片设计技术，依托多年积累的雄厚技术实力及对产业链的理解，以开放积极的心态，基于开源指令集架构RISC-V，打造多个系列数字信号处理器产品，并构建完善的处理器产品生态系统。产品具有广阔的市场前景，可广泛应用于工业控制及电机驱动、数字电源、光伏、储能、新能源汽车、消费电子、白色家电等领域。