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基于STM32G431的MATLAB电机控制方案

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作者:之美科技 2023-03-28 15:10:03 3 384612

项目名称

无感高频方波注入算法在STM32G491的设计与实现

项目主题

人机界面(GUI) 电机控制 机器人 

项目简介

技术背景:在一些特定场合,FOC无感控制较有感控制具有如下优点:1 价格低廉,2 可靠性高,3更易实现高转速。 无感控制的关键在于如何获得电机的电角度,从控制方式分类,目前市面上有2种控制方法: 1 6步换向+反向电动势过0点检测,多见于早期的无人机电调 2 foc+PMSM电角度解算,该方法目前用的较多,同时实现方式也较难,首先需要知道电机的静态和动态参数,然后根据电机参数套用电机的数学模型,解算出电机的电角度。

项目图片

项目图片描述

本作品的创新点: 1 尝试以MATLAB为开发工具,开发永磁同步电机 (PMSM)磁场定向控制(FOC)方案。 2 为了体现STM32G4的超高性能,本实例的foc算法部分采用全浮点型计算,电流环频率是20K,实际测得foc计算时间不到20us。 3 foc无传感控制采用高频方波脉冲注入算法。 4 用MAtlab做串口通信协议开发,STM32G491与基于STM32F1的串口屏交互,实时显示电机机械角度的功能 本作品采用的是方法2。foc无感控制有一个问题,就是电机在低速或者0速的时候,控制电机的UVW3相给的电流很小,这就导致解算的PMSM电角度误差很大,甚至不能用,对于PMSM电机的启动来说这是致命的,所以对于PMSM来说,毫无疑问,最关键的是能否正常启动,而启动的关键是如何准确的获得电机的电角度,脉冲方波高频注入算法就能正确的解决PMSM低速电角度识别的问题。 FOC,也称为矢量控制,是一种用于控制永磁同步电机(PMSM)和交流感应电机(ACIM)的技术。FOC能力在整个扭矩和速度范围内提供良好的控制能力,FOC框图如图:

软硬件框图

软硬件框图描述

STM32G491 Nucleo64作为控制板,驱动板是IHM08M1-V4。MCU的TIM1产生PWM控制MOS管通断,逆变器电路产生3相UVW电压控制电机做功,ADC引脚采集电机的UV相电流,MCU对UV相电流做解算,经过FOC计算进而控制TIM1,整个控制流程形成闭环

演示视频

项目代码仓库

作品整体如图:

1 从STM32G431的ADC1 ADC2获得2路注入ADC序列转换结果,该2路ADC为电机UV相的电流经过采样电阻,再经过放大电路到MCU ADC引脚的电压。

2 根据逆变器板(驱动板)的电流放大倍数,对步骤1的ADC结果计算,得到UV相电流。

3 foc核心,下面细讲。

4 步骤3计算的结果是带小数点的范围为0-1的UVW3相占空比,需要进一步转换定时器的PWM值。

5 设置TIM1的PWM1 2 3 比较值。

image.png

上面的步骤3,FOC核心介绍如下:

1 clark变化

2 <1> 脉冲方波高频注入算法解算电角度,机械角度 <2> dq电流滤波。

3 根据电角度,进行sin cos查表,为后续计算准备。

4 park变化+电流环dq PID。

5 d轴注入高频方波

6 反park变化

7 限幅

8 svpwm

image.png

高频方波注入算法讲解:https://zhuanlan.zhihu.com/p/150779067

详细可关注本人抖音(科技之美),不定期推出好玩又新颖的FOC视频。

微信图片_20230328153400.jpg

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3 收藏 评论0 发布时间:2023-3-28 15:10

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