【B-G431B-ESC1-无刷电机板】4-Hall测速，电角度估算，电流闭环

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【B-G431B-ESC1-无刷电机板】4-Hall测速，电角度估算，电流闭环 [复制链接]

本期测评分为3个部分，第一个是用Hall传感器估算角度位置，过程中也会用Hall把速度测出来，因为总所周知速度的积分就是位置，第二个部分就是电流环闭环，其中设计到Clark变换和park变换将adc采集的三相电流变成两个标量进行控制，由于本人不才这次只能做到d轴电流闭环，q轴是提供扭矩的一轴，我没有调出一个满意的结果。第三个部分是向大家求助的部分。

 

1.Hall测速

无刷电机常用的是开关Hall ，一般是有三个开关量，hall根据安装方式分为120度安装和60度安装，我这个就是60度安装的。

 

hall测速的第一点就是要判断扇区，每个扇区对应一个真值表，我们要根据这个真值表确定当前所在的位置。第一期测评我有配置cubemx，这里我就直接贴上判断扇区的代码，这个代码会返回当前所在的真值位置

short get_hall_state(void)
{
	uint8_t hall_u, hall_v, hall_w;
	hall_u = HAL_GPIO_ReadPin(Hall_A_GPIO_Port, Hall_A_Pin);
	hall_v = HAL_GPIO_ReadPin(Hall_B_GPIO_Port, Hall_B_Pin);
	hall_w = HAL_GPIO_ReadPin(Hall_C_GPIO_Port, Hall_C_Pin);
	return hall_u + (hall_v << 1) + (hall_w << 2);
}

但是这个只能判断精度为60度的位置，有什么方式可以更细呢，答案是有的，可以统计60度之间hall走过所用的时间，然后再计算出速度，用上一个扇区的速递进行积分就可以算出位置。

下面是我这个电机的真值表，不同电机可能不一样。

uint8_t hall_arr[8] = {0, 1, 3, 2, 6, 4, 5, 0};

其中速度可以用下面的计算出，hall_tick是每个扇区中统计的时间数

speed_rad = TIMER_CLOCK_FREQ / hall_tick * PI / 3 * v_dir;

给大家看一下我估算出的电角度

 

这个电角度可以直接放在我们后面所需的电角度计算

下面是我没经过滤波测出的速度，占空比给的50%，转速在1400rpm左右。

 

 

2. 电流闭环

这里闭环的基础是ADC采样要成功，这里我的ADC采样计算数据如下，其中zeropoint是偏执电流

#define V_REG 3.3f
#define CURRENT_AMP_GAIN 9.143f
#define CURRENT_SHUNT_RES 0.003f

#define CURR_GAIN V_REG / 4096.0f / CURRENT_AMP_GAIN / CURRENT_SHUNT_RES

motor0.ib = ((float)(hadc1.Instance->JDR1) - motor0.ia_zeropoint) * CURR_GAIN;
motor0.ia = ((float)(hadc1.Instance->JDR2) - motor0.ib_zeropoint) * CURR_GAIN;
motor0.ic = ((float)(hadc2.Instance->JDR1) - motor0.ic_zeropoint) * CURR_GAIN;

然后就是我们熟悉的Clark变换和park变换

Clark变换：

void current_clarke(Motor_State *motor) {
    motor->i_alpha = motor->ia;
    motor->i_beta = (motor->ia + 2 * motor->ib) * 0.5773502691896257f;
}

park变换：

void current_park(Motor_State *motor) {
    motor->id = motor->i_alpha * motor->theta_cos + motor->i_beta * motor->theta_sin;
    motor->iq = motor->i_beta * motor->theta_cos - motor->i_alpha * motor->theta_sin;
}

参考公式：

 

 

给搭建看下我变换的结果的波形

Clark：

 

park：

 

最后用pid完成d轴电流闭环，减少电机的发热：

void current_control(PID *pid_id,PID *pid_iq, Motor_State *motor)
{
    PID_Calc(pid_id, 0, motor->id);
    motor->vd = pid_id->output;
}

最终电机的转的情况如下：

VID20250124115739

 

3.遗留问题

但是目前我遇到两个问题目前还没有解决，希望厉害大佬给予提示：

1. Uq给正值，电机却翻转的情况，电角度会从2*pi递减到0。理论上应该是Uq给正值，电角度会从0增加到2*pi。我看网上有网友遇到过这种情况，但是我没有理解什么意思

https://bbs.elecfans.com/jishu_1124628_1_1.html 

 

2. 由于ADC本身就具有噪声，所以在调d轴和q轴电流闭环的时候，他们的阶跃响应有点看不清楚，如下，甚至我调试了几个版本的pid参数，效果都差不多，波形的阶跃都长这样，我该如何衡量好坏呢。一般来说衡量阶响应的好坏用他的稳定响应时间和超调量等等，但是感觉我这个被噪声覆盖了。我有用过低通滤波器，但是效果也不是很好（几组pi参数效果一样）。例如下面两组的pi效果就一样  1. p = 3 ，i =0.2   2. p= 10 ，i =1

p = 3 ，i =0.2 的阶跃响应如下

 

p= 10 ，i =1 的阶跃响应如下

 

 

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最后解决是在反PARK变换前面个加了一个符号就恢复正常了，有大佬知道原因吗

 

我的学号

Q 轴给正电流电机却反转的情况，先确认下电机的 UVW 功率线的线序有没接错

我的学号

一般定义正对电机转轴时逆时针方向为电机运动的正方向，可以用手拖动转轴旋转，观察此时程序里的电角度计算是递增还是递减

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我的学号 发表于 2025-1-24 14:17 一般定义正对电机转轴时逆时针方向为电机运动的正方向，可以用手拖动转轴旋转，观察此时程序里的电角度计算 ...

Uq大于0对应的电机方向是正转的（如你所说那样），但是电角度是递减的

 

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我的学号 发表于 2025-1-24 14:15 Q 轴给正电流电机却反转的情况，先确认下电机的 UVW 功率线的线序有没接错

确实是线序的问题，我换了一次线序，发现不正确，然后又换了一次。连着换两次就正确了

 

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我的学号 发表于 2025-1-24 14:15 Q 轴给正电流电机却反转的情况，先确认下电机的 UVW 功率线的线序有没接错

感谢大佬，但是这样交换两次后总线电流增大，速度变低，功率利用率变低了，应该不对。