15万转无感FOC: 风机水泵吸尘器,冰箱空调压缩机

最近出的都是干货

这里讲一下代码中的 PI 运算。

模拟 PID 运算公式 ：

去掉微分运算，再把公式离散化，公式变为：


采用增量式算法：


下面是转速 PI 运算的代码
代码600 行：增量 = Kp*[本次误差 - 上次误差] + Ki * 本次误差
代码 601 行，temp32 = U(n-1) + 增量。
603 ~ 605行，计算结果 temp32 做限幅后，再赋值给电流设定值变量 Iq_set_f12

  

这里不能对 Iq_set_f12 先赋值，再对Iq_set_f12 做限幅检查。因为ADC 中断的优先级更高，计算时若产生 ADC 中断，Iq_set_f12 的中间结果在 ADC 中断里做电流 PI 运算，数值就不对了。  



PI 系数 Kp_Speed, Ki_Speed 是有12小数的，所以 601 行应右移 12 ，未右移，就是计算结果保留了 12 位小数。做电流PI 运算时会做小数位的对齐。

这里讲一下 Clark 变换

求 I_alpha, I_beta,  就是求电流向量的实部和虚部。A相在0度，B相在120度，C相在-120度，三个电流写成复数形式分别为


求三个电流的“失量和” 。 三相电流的“标量和=0“，即Ia+Ib+Ic = 0，这个不用求。


因为在下MOS 导通时测电流，显然下MOS导通时间长时,电流ADC 受PWM 开关影响就小，值相对准确一些。
如果 C 相下 MOS 导通时间短、就用 Ia 和 Ib 计算电流向量， Ic = -Ia-Ib 代入向量求和公式，得到

消去 Ia 或 Ib 的公式，请读者自己推导

等幅变换中电流向量若是 I,  则对应相电流峰值是 I*2/3。所以上式求出的电流向量，乘2/3后才与控制量对应,  这样公式就变成了

上式这个电流向量的模，正好与相电流的峰值，数值上相等。
下面来看代码，
126~136行，按扇区,选择下MOS导通时间长的两相, 求I_alpha, I_beta，为了减小计算误差先增加小数，数值乘8
138行，1/3 的开方=0.57735 =18919/32768, 所以乘18919再右移15位就是乘1/3的开方，右移小了3位，等于是把结果乘了8


执行完138行后，就求出了 I_alpha，I_beta 。接下来坐标变换求出了有3位小数的 Id 和 Iq 电流

请楼主再给讲解一下变量标幺值，看不懂

电压的基准值是 0.1V。最大值是 16383，若超过此值, 乘4后大于等于65536做坐标旋转会溢出，即最大工作电压是 1638.3V。 在ADC中断里, 读出母线电压ADC值，就换计算出0.1V 的数值，然后赋给变量 V_BUS_0v1

具体代码如下：  母线电压，电路上是俩220K 串4K1电阻分压后到ADC 引脚，所以分压比 (220*2+4.1)/4.1,  12位ADC 参考电压是5V,  所以  ADC值换算成电压公式是：
电压 =   5V * ADC值 / 4096  再乘分压比(444.1/4.1)， 这个公式右边再乘10 就是0.1V数值，简化后 = ADC值*5416/4096 。代码中 355 行, 加1024是四舍五入，右移 11位是除 2048，少除了2后面补上。

把当前电压 ADC 值看作 X，
459行是求出了 2X。
460行是 2X + 2Y,  这是母线电压的4倍, 成了 25mV 的数值,  用25mV数值去做 SVPWM计算,  哪怕工作电压不到10V,也有足够的计算精度。最大电压 1638.3V 的数据乘4后得65532, 坐标变换也不会溢出。
461行是 (2X + 2Y)/4 = (X+Y)/2， 这是一阶低通滤波 Y(n) = [Y(n-1) + X(n)]/2。


SVPWM 能输出的无失真相电压，最大值是 0.577倍的母线电压，再大, 就是削顶的正弦电压了。 227行，选择一个相电压上限值。增加17位小数后，赋值给 Vq_Limit_f17，Vd_Limit_f17 (后缀 _f17 表示17位小数) 用于电流PI 运算结果的上限值。  电流PI 运算结果有17位小数,  电压上限在这里先增加17 小数，比在PI 运算结果限幅时再增加17位小数，节省代码。

电流的基准是ADC 的值。一般电流ADC 数值较小，换算后会损失精度，所以不换算。ADC中断里，读出电流ADC 值乘 8 后再坐标旋转，求得 dq 轴电流赋给 Id_Measure_f3 ，Iq_Measure_f3 ，此处后缀 _f3，表示有 3 位小数。
在做电流PI 运算前，对直流量 Iq_Measure_f3 又做了一次滤波，并增加了一位小数赋值给 Iq_Meas_LPF_f4, 后缀 _f4 表示有 4位小数。

十分感谢楼主解答，顺便请教一下这个代码有没有试过比较大的电感和电阻电机，如果一般冰箱压缩机的电阻有几欧姆到十几欧姆，电感几十到一百多mH，油烟机的风机电感和电阻也很大，惯量也大，可以试试效果。

下载代码后，不做改动，电感最大可到100mH，电阻最大可到500欧。
如果电感再大，可把电感除10后再赋值给Ld/Lq，然后把单位常量Unit_Magnify 也除10就可以。
目前我测试过的电机，电感最大的是220V的电机：50220/49220uH；电感最小的是航模电调用的一个小电机：11/9uH。

谢谢！再请教一下，Angle_q是不是开环时候假定的转子Q轴角度，同步以后就是观测器算出来的真实转子Q轴角度？

游客 223.104.219.x 发表于 2022-10-29 20:00
谢谢！再请教一下，Angle_q是不是开环时候假定的转子Q轴角度，同步以后就是观测器算出来的真实转子Q轴角度 ...

是的。
另一角度看，Angle_q 总是是坐标旋转的角度。起转时软件控制角度，同步时用估算的角度。