全隔离高压伺服电机开源板（基于103C8）：双ICS霍尔隔离采样+PWM隔离FOC电机控制板调试文档说明

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公众号：游名科技

工作电压范围：140V到310VDC或AC110V到AC220V；

电流：最大2A；

不支持自动电机参数测试；

双ICS FOC无感/有感霍尔/有感编码器等驱动；

PWM隔离、电流采样隔离、DCDC电源隔离可直接接AC220V调试；

& v( c: V+ [8 S3 M9 L+ Q7 d

但报启动失败故障，这时：
• 需要减低加速率，或提高开环启动电流
如果以上方法可以解决，但是不能保证100%有效，请尝试增加定位功能。

如果转子可以转动并且有加速动作，但是还是会停止并且报“速度反馈失败”错误，可能由以下原因导致：
   • 启动成功的限制条件过于宽松导致过早切入闭环。
   • 如下的方法可以解决这样的问题：
: b! Y$ j% h* u' @; n   • 提高“连续成功启动输出测试”值，正常情况下请不要大于5。
' n) p! r, k; `; ]8 s2 S% V8 c   • 提高最小启动输出速度。
. z4 ^0 _8 v+ R# R5 j! I如果采用 以上方法导致开环的最终速度过高，或没有解决问题，可以尝试以下方法：
0 X- j! u" P7 r; F' d! g; P# Q   • 减少观测器的增益G2,它可以降低扰动对速度反馈的影响。
   • 通常G2应该按照/2,/4,/6,/8方式来减少。
   • 放宽观测器的收敛条件，这样使观测器更容易收敛：
# I/ }0 a, R# U0 g3 F3 a7 s; i   • 使用新的电机库，可以设置速度变化波动为80%（PLL） ,或400%（Cordic)。
) i+ O4 k$ [& C! {* j   • 这种情况下需要增加反向电动势幅度与估算速度一致性的检查。
   • 更改速度/扭矩的爬升率：根据实际负载和转子的惯性等情况，让加速度更加柔和，防止突然加速导致对反向电动势估算的扰动。
! y. e- E: O0 l! m  S, C

板子：
电源输入：
AC L:接交流电AC火线或高压开关电源正+
AC N:接交流电AC零线或高压开关电源负-

5 E% |6 {9 ]6 u电机线：
4 v3 c  z3 B* m( q: |, M, j& {) cU:接电机U或A
V:接电机V或B
, J# x9 M6 c1 X. v: V; @/ `1 uW:接电机W或C

霍尔或编码器接线
HA:接电机霍尔传感器U或编码器A（对应550W伺服电机编码器：4脚）
HB:接电机霍尔传感器V或编码器B（对应550W伺服电机编码器：3脚）
HC:接电机霍尔传感器W（对应550W伺服电机编码器：2脚）
/ ]" Z; a0 o5 bGND或0V：接电机传感器接口GND（对应550W伺服电机编码器：5脚）
+5：接电机传感器接口5V（对应550W伺服电机编码器：14脚）
仿真调试接口及串口接线说明:
9 W) g" z4 i& k+ }1 d8 CCLK：接隔离DAP仿真器CLK或ST LINK仿真器CLK（SWD信号时钟脚）
DIO：接隔离DAP仿真器DIO或ST LINK仿真器DIO（SWD信号数据脚）
9 d! p4 ^5 A5 c0 a# c# d, ?; MGND：接隔离DAP仿真器GND或ST LINK仿真器GND
# U  _5 F: T+ q3 k! S2 }VDD：接隔离DAP仿真器VDD或ST LINK仿真器VDD（ST LINK仿真器可不接VDD）
( T2 W$ `1 _8 Q( ^RST：可不接，接ST LINK仿真器RST
# a  l; F& V: \1 S$ G3 GTX（TX接RX需交叉）：接隔离DAP仿真器RX或ST LINK仿真器RX
- k0 {4 e/ {. z( P: a6 XRX（RX接TX需交叉）：接隔离DAP仿真器TX或ST LINK仿真器TX
  k6 G1 H, X7 m; F* t' O2 I. ]4 I

如果启动后立即出现硬件过流保护，可能由以下原因导致：
• 选择了错误的电流采样方式
• 选择了错误的电流采样参数：如取样电阻值，放大倍数， ICS增益， Tnoise, Trise等.
; |, v# d; T4 ^/ U6 V1 O  p• 电流环的调节带宽过高：3电阻采样建议为2000rad/s, 单电阻采样建议为1000rad/s
+ c5 V: ?( ?! R! `9 k$ S• 由于布线受到干扰而导致误触发硬件过流保护，需要检查硬件设计。
; A) Y( p/ `- Y$ F5 ]# R  ?: G如果出现电机只动一下，但是没有加速动作：
• 这种问题一般是因为开环电流不够大导致无法拖起转子加速，有时出现开环启动完成，

一、硬件说明

1.1图纸说明

+ ?* z6 ^$ ?: b

IPM模块：选的是国产600V/15A IPM模块，国产IPM模块最好留至少5倍余量，也就是尽量不要超过3A，如果是进口IPM模块至少3倍余量；
电源隔离：采用自制的DCDC隔离模块U11，给MCU，电流传感器，霍尔或编码器等供电；
PWM隔离：采用川土微的6通道数字隔离器U10，默认低电平L输出（高电平输出则IPM模块输出全导通、造成负载短路烧坏器件）；
  n  |( X% v0 k1 X  n电流采样：采用霍尔电流传感器U7、U8实现电流采样全隔离，选的+-10A量产，单位电流对应关系为：0.132V/A。
+ ]: O. b: e  Y2 p6 `' D

1.2硬件布线
4 n- Z- o; s/ T0 f) p4 H- [电流采样由于采用霍尔电流传感器，电压输出RC滤波接到MCU即可；
           PWM输出线和电流采样线尽量不要交叉；
        电源功率地，最好是单点接地。
1.3安全说明
   仿真器或调试器：可以用我们的隔离仿真器或加USB隔离器，当然用非隔离仿真器也可以（MCU部分和强电部分都是隔离的）；
  V( F! }2 U) L1 {+ b& f. s7 Q   板子及带电端口：不要用手触摸，以免被电到。
6 O# u, t5 S4 R% s3 _0 l

1.4接线说明

5 I) f% z$ P+ [

关闭温度检测接口和母线电压检测（如硬件有用到则加上）：

1 ]. C1 e. I3 R! e* v, X, {4 @

如果是HALL接口打钩霍尔接口并输入霍尔角度；

如果是编码器接口打钩编码器接口并线数；

如果是无感可跳过；

比如设置HALL接口

; C1 y0 N5 T4 s' V6 I5 z- i5 J

HALL或编码器接口设置（无感启动则无法设置）：

串口波端口及波特率设置：波特率改为115200

串口端口引脚设置：

按键启动/停止端口设置：

设置参考如下图所示：

AD采样时钟及UV相电流采样端口设置：

根据硬件图纸：

U对应PA5：

V对应PA4：

并降低采样时钟，设置参考如下：

& T( G" t+ V( c$ }% i

无感启动界面设置为5段式启动（速度、电流最好慢慢爬升上去，最高速度1336要适当高于切入闭环的速度1226），参考如下：

5 H* {9 ]" F' P* m$ o7 [5 Q& p* p, k

打开工程后提示TIMx错误，更改TIM1，编译程序直至OK：

三、调试补充说明
最好先确定下电机参数（电机找电机厂或自己测试或用我们IPM05F+NUCLEO-F302RE板子进行测试）。
  T7 U8 b# B  c. n首先，需要再次确认ST MC Workbench中所有设置的参数是否和实际的硬件
参数一致：如电机的相关参数，驱动部分的参数，单片机IO设置等。
& ]8 Y6 l2 R& z. y• 如果有其中任意一个参数设置错误，可能导致电机永远也无法正确启动。
• 如果有需要，可以让电机运行在开环模式，来测量Tnoise和Trise相关参数。
9 o0 X- ]$ D8 d3 B" b7 p