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；

: _, A; c7 n2 A; ]3 T* D( 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
$ Y0 i5 b5 u3 }8 z' L5 w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。
- X! v: P1 j# j3 p8 c# J4 p/ ^
/ B) l& `/ Y" @& r. v2 k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：
/ N% O( G! u$ p/ 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。
   • 提高最小启动输出速度。
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 W0 \) L$ `+ V0 C& @* g" B" t; Y   • 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：
+ q  ^: [# U( d2 I$ l( v2 C7 F: e   • 使用新的电机库，可以设置速度变化波动为80%（PLL） ,或400%（Cordic)。
$ A; f1 k; E9 J* X1 ^7 O   • 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。
. E1 v0 p8 b) i) ~* ~

板子：
& V0 \& d2 ?6 [: N+ n# k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-

8 ]3 {0 z8 F# b" i7 Z电机线：
U:接电机U或A
V:接电机V或B
W:接电机W或C

$ Z5 e6 g$ L; e霍尔或编码器接线
, b- {# ~0 l  tHA: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）
; h' N( R, V) H/ C+ ], B5 O5 mHB: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）
GND或0V：接电机传感器接口GND（对应550W伺服电机编码器：5脚）
2 X3 ?: A' {4 w" Z+ [5 g/ c- _! Y5 a  h+5：接电机传感器接口5V（对应550W伺服电机编码器：14脚）
! W, z) w4 A% C3 G. D+ b仿真调试接口及串口接线说明:
( a4 T2 {$ b; ]5 c4 R3 l0 S$ B: ~CLK：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）
4 W  h: a5 D9 H* j. k& jGND：接隔离DAP仿真器GND或ST LINK仿真器GND
  Y8 w! X: C+ j, t7 bVDD：接隔离DAP仿真器VDD或ST LINK仿真器VDD（ST LINK仿真器可不接VDD）
RST：可不接，接ST LINK仿真器RST
TX（TX接RX需交叉）：接隔离DAP仿真器RX或ST LINK仿真器RX
. a5 ]3 f0 g  X% J6 tRX（RX接TX需交叉）：接隔离DAP仿真器TX或ST LINK仿真器TX
! R2 b/ u2 ?2 s- V+ v# {

如果启动后立即出现硬件过流保护，可能由以下原因导致：
7 t+ X7 @: ?/ Q$ [3 \3 _• 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.
+ T/ ^- d3 z- U" Z- L" A• 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
' _/ j- A7 y/ n/ ?% a3 Q/ g- L• 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。
9 O! l3 r9 G* E  S7 ?如果出现电机只动一下，但是没有加速动作：
/ F( \- }2 g8 C4 h) K- L+ E2 A• 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

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；
2 t2 W, p: E4 _  E. {' o  d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；
, I- K/ i6 P3 |4 \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）；
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。

1.2硬件布线
6 j: n' W: N5 j3 r+ _6 C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；
4 y( Y5 @! M- M0 a, S; ^, k# e           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。
+ h2 _: O& Z6 J1.3安全说明
  D4 [) ?. p# Y4 b- d   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）；
' b1 P3 o! c/ v8 X   板子及带电端口：不要用手触摸，以免被电到。
1 A  @/ m: C( @# G7 P

1.4接线说明

2 Q" Z* F; T8 I1 k9 M

关闭温度检测接口和母线电压检测（如硬件有用到则加上）：

2 k2 r9 E7 K4 s" y4 I0 y& s

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

1 [8 F$ p& }7 n/ a4 n

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：

( Q) N- e! n: ?6 i' v

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：

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：

打开工程后提示TIMx错误，更改TIM1，编译程序直至OK：

' j2 y2 ]$ |% o" G# W9 r1 y4 h

三、调试补充说明
4 F& s2 Q- b& c; c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）。
; @; A) H# Y; W' _# {, s4 H' m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。
• 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。
5 @( E4 K  u7 l" u4 V• 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。