soso给我一个帖子，我想在上面写下我开发伺服电机控制的过程

xkdwangcs

soso给我一个帖子，我想在上面写下我开发伺服电机控制的过程 [复制链接]

soso：你好

我想呢，自己水平一般。所以，想在这里写下我和我的师傅他们组成的团队，开发伺服电机控制的过程。

也借此地，可以让更多的人来帮助我来完成。

希望soso，可以帮我宣传一下，然大家一起来讨论。

也给我的点思路，让我遇到问题的时候，可以得到及时的解决

希望soso，可以出手。

现在我们公司开发的伺服硬件方案已经确定好了。

简单的说就是：2802+CPLD+EEPROM,没有扩展其他的数据存储器了。

原理图方面，现在我还不能公开，我只能说，可以说个框架

等我完成了。我想可以适当的给出。

框架就是：

电机出来的编码器信号

包括很多接口信号都是通过CPLD和外部进行交涉

包括存储器的读写都是通过CPLD来处理的。

我们分析的时候，1，主要是想这些数字信号CPLD处理起来会方便的多

这样DSP的负担就不会重了。

2，DSP这么强大的运算能力，如果不用在点上，而是去处理这些数字量信号而言，

对于DSP来说，也是一种资源的浪费。

3，CPLD的逻辑电路比较好去修改。对于扩展而言也是比较方便的。

 

 

 

DSP完成的功能是：

1.采集模拟量信号，作为运算的基础。

2，和CPLD进行通信

3，电机控制算法（当然这里，我们部分会在CPLD里面进行处理）

4，其他的。

 

具体的内容：需要在之后的过程中详细的进行。

 

当然这里还有功率模块和界面

功率模块：IPM+开关电源

人机界面;考虑成本，选用市面上的常规方案 数码管+锁存器+按键

 

 

fxw451

自己开贴就可以了，然后soso根据你写的内容好坏来给你置顶或加精华！

你说下你伺服电机控制做到什么地步了？能在国内领先？或者你的伺服控制有什么特色？

xkdwangcs

国内领先是谈不上了。
我们现在的伺服只是专门放在我们专有的市场，
因为我们除了做这个，还在做电机呢。
这个也是刚开始的
我在这里这样只是想记录我的学习过程啊。
并不是什么领先问题。
还有，我们只是刚开始阶段。一直以来，都是利用别人的东西来作为我们公司的产品
进行推销的。现在总经理认为需要自己的东西了。
所以才开始。
我只是希望在我遇到问题的时候，可以在这里有更多人可以帮助我的。

soso

首先：楼主可以自己开设一个帖子或者开设一个系列的帖子（个人推荐，因为这样大家会有新鲜感），想好主题，一点点记录下这个过程就好了，相信对于楼主、对于坛友都是不可多得的研发笔记，由于是公司产品，所以这个过程中，要做好对公司资料的保密工作。

然后：坛子里有很多热心的朋友，如果遇到问题，可以随时讨论。我也会尽可能帮忙宣传，动员身边的朋友来关注这个帖子的。放心吧。 只是楼主有更新时，需要通过站内短消息提醒我一下，也可以随时站短我，需要我哪方面的协助，我都很乐意帮忙的。

H_LL

期待着！

xkdwangcs

现在主要的目标是伺服的项目了。
但是无刷也有一些项目在我的手上了。
因为我们公司无刷电机的成分也有占了很大的比例。
今天在这里主要来分析一下无刷电机，如果利用霍尔信号进行速度的测量
个人的看法：
首先我们也是随便拿了一个我们公司的无刷电机
电机参数：2对极  霍尔间隔电角度 120度 最高转速设定为6000r/min  最低转速设置为60r/min
                    其他参数这里不强调（霍尔使用的是U1881）
首先网上确实有很多的关于测速的理论。
包括 M法  T法   M/T法。
先说明一下M法,我的理解是：在规定的时间t内，数电机反馈回来的速度脉冲的个数。
理论上分析如果速度越高，在相同的t内，脉冲的个数，越多，这样速度也会测量的越准确。
所以，大家都认为M法适合高速测量。但是我还觉得这样的约束条件不够，首先要分析一下高速的时候，你的脉冲个数和
速度的比例是多少要加上去约束。
比如这里的无刷电机，考虑到成本，都不会再外加一个编码器就是没有特殊要求，我们公司连100线的编码器都不回去装。
那这样只能通过霍尔信号来进行速度的测量了。
2对极的电机，电机每转过1圈，每个霍尔上只有两个完整的周期信号，三个霍尔才有6个完整的周期信号。
对于霍尔信号，一般都是选用捕获单元或是我选用的MICROCHIP的单片机上面的电平变化中断来进行处理
这样的话，2对极的电机，电机一圈，沿跳变只有12个（包括上升沿和下降沿）。
即使我的电机是6000转/分钟，那么1秒钟也只有100转，相当于速度反馈信号1秒钟也就有1200个沿跳变。
你想想，这个时候如果用M法去数脉冲的个数，电机6000转/每分钟运行，1秒钟才反馈回来1200个脉冲的跳变，
首先可以近似得到，一个脉冲反应了6000/1200=5转的转速，意味着，我丢失一个脉冲就要损失5转的误差了。
然则：这1200个脉冲，我的t（测量持续时间）需要1秒啊。你说这样的闭环响应速度可以好吗？
最后，对于我来说，不说电调，无刷电机6000转/分钟，已经算是高转速了。
咱们平常时候的电瓶车的无刷电机，转速基本不会超过3000，我们公司的规格最高转速也才有八千多转速的。
所以，我自己总结的。最我们公司的控制器，在无外加编码器的情况下，绝对不会去选用M法来测量我电机的速度。

然后分析一下T法了。
我的理解比较简单：就是测量脉冲的宽度，然后根据宽度的时间和极对数来知道，电机转一圈所需要的时间。进而
得到转速的一种方法。
现在我们公司的测速方法都是用T法来进行的。
T法在这里是测量沿跳变的时间间隔
使用传统的测量算法：利用一个基准定时器来作为测量时间间隔的基准。
                                        然后再沿跳变的时候记录这个计数器的值。
                                        然后就可以得出沿跳变间隔的时间
                                       然后进行转速的测量。
首先，你选择一个定时器来作为时间的基准，就涉及到关于定时器时钟的选择。
一般情况下为了达到我PWM的频率和充分利用我选用单片机的资源。我的时钟频率都是16M赫兹。
这样的话，定时器可以有1,4,8,64等几种分频系数。
刚开始的时候，我也认为，分频数越小，这个的话，计数脉冲越多，这样损失一个两个脉冲对转速没有影响。
这样的方法算出来的速度肯定会更准。但是后来发现了。这不是辩证的。还有很多因素要结合考虑
首先就开始讲，分频数低的时候。
如果分频数低的话，现在加入选择1分频，这样的话，我定时器的时基基准为16M的频率，一个计数值代表1/16微妙
大家一看肯定会觉得，定时器的分辨率这么高肯定会速度算的很准的。
但是我出来的结果有两个：a.2对极的电机，转一圈有12个沿跳变（上升沿或下降沿，都会产生电平变化中断）。
                                                这样我在测量沿跳变的间隔的时候发现，利用仿真器仿真可以看到，即使测量的是同一个
                                                沿跳变计时器的值也相差比较大的。不在可以容忍的误差分为之内。
                                                这里我是用一个60的数组进行观察的。比如我把第一个数组的值当做我要测量的间隔
                                               2对极的电机代表第13个个数组的值也是同样是这段间隔。以此类推。最后我得到了一个结论
                                               同一段间隔测量出来的定时器计数值也是不一样的。这里我测量过多段转速，调整过计数器中断
                                              优先级，也调整过电平中断的优先级，都置为最高的优先级也是没有得到很好的效果。
                                               我也不知道为什么会相差这么多，刚开始认为是无刷电机霍尔的问题，但是霍尔有问题，只能是
                                             角度有点偏，但是只能体现出来，每个沿跳变的间隔不一样，但是不能说明，同一样间隔的不一样的。
                                             只能考虑霍尔器件的灵敏度了。但是这个问题不太好去理解。
                                            现在还想到可能的原因是：程序的执行问题？具体没有定论，希望有这方面经验的人可以指导一下。
但是问题出现了。你不解决不行的。误差的原因没有找到。但是咱们可以想到用其他办法来解决的。
比如误差值波动，那么咱们就进行滤波来解决了。
可以采用均值，求出平均值，只要你的参与均值的个数多了。自然得到的也算是一个比较稳定的，可以符合误差容忍的值了。
当然，我现在采用的是滑动滤波了。一个比较典型的滤波方法。
因为采用了这样的滤波，就要涉及到，数据储存器的使用了。你用的是分频数越低，那么意味着你的计数器的值越大，这样你储存定时器的
变量的位宽也要越大。这样的话，使用低分频的情况下，你就要用空间来换取速度的精度。
我自己也用过了。如果是1分频，这样的话，我必须要用long 型的变量来作为数组，这样的话，一般情况下，需要是12,24,48个数组
这个数值的值，我这样认为的。至少要算够完整电机一周，2对极一周至少需要12个数组。当然越多，肯定会得到精度。
这样的话，你就会发现，你的数据储存器在减少。

其他的分频数，同样有上面的的问题，就是测量同一个间隔，都会有不同的值。都需要滤波
但是选用高的分频数，这样存放定时器的变量的位宽可以适当的减少。

在我现在的测量速度模式下面，是选用的64分频，这样的话，基本电机在20转以上，计数器的值不会超过65535，这样的话，我可以采用INT的数据变量来
存储我的计数值。在空间上至少少了一半了。

当然你也不能为了省空间，分频数弄得太大了。
这就涉及到速度精度的问题了。
比如电机的转速为6000转/分钟  那么电机转一圈就需要10毫秒。对于16M的时钟进行64分频，1个定时器的值为4微秒。
这样6000转的时候，电机转一圈定时器的计数值为T=10毫秒/（4微秒*12）12代表12个间隔 一圈。
得到的T=208.
6000/208=30左右。
这个意味着，在6000转的时候，丢失一个脉冲 将损失30转的转速的。
所以，这个进度，就不行的。
也同样说明了。64都达不到要求，只能选用8分频了。这样你的数据位宽就要变大了。

当然这里我选用64分频的原因是，我的调试电机范围6000转，时间应用的时候，我的转速范围不会超过2000.所以，
基本可以使用的。
以上是个人的一些看法，
以及以下问题，
希望有人可以帮我回答以下上面的问题
可以让我对症下药。而不是进行滤波。
谢谢

soso

建议楼主单独开贴 这样被关注的可能性更大

fxw451

就像soso姐所说的，比如开贴为“伺服电机控制之无刷电机测量速度”这样开贴

chunyang

如果电机需要实时调速、控速，那么测速必须使用T法，并且不准许丢失测速脉冲，这需要合理的编制程序，包括选择定时器分频值，测速的分辨率不是越高越好，够用即可，否则控制器无法承担而丢失脉冲时，精度反而下降了，引入适当的滤波有必要，但不是主要的技术手段，相对MCU的处理能力，电机转速的变化是很慢的，具有明显的滞后特征，保证测速脉冲不会丢失最重要，滤波在计算平均转速时使用即可，6000转和5999、6001转对绝大多数应用而言完全可以认为是相同的。保证不丢脉冲，首先要根据MCU的脉冲捕捉能力、运算处理能力来进行规划，下来就是程序结构的问题了，高实时性系统最好采用汇编或者PL/M之类的语言编程，规范的C代码和程序结构未必是实时性最好的，这里要追求执行效率，高效的代码可以采用更低的分频比率从而得到更高的测速分辨率，测速部份开发时的精力应重点放在程序代码的优化上。

xkdwangcs

1.保证不丢失脉冲？
这个我想硬件可以改动吗？
霍尔信号的输出阻抗一般都是100欧姆左右。
我现在都是利用一个上拉电阻，然后通过一级
小的RC滤波，基本没有产生相位的延迟。

信号从示波器的观察来看。算是合格的信号。

你的不丢失脉冲，我相信软件也需要已经的配合
比如，用捕获，一旦有沿跳变，则定时器的值被存储到捕获单元。
然后又开始计数，这个可以认为基本没有脉冲丢失。

但是如果我现在用电平变化中断呢？

我进中断，需要关掉定时器。然后读取定时器的值。然后再清零定时器，然后再启动定时器
这个过程，我已经尽量做到，只执行这四个过程了。
但是这些软件的开销，是不可避免的会丢失一些脉冲的宽度。
你想我该怎么去补偿呢？
通过了解这些指令的执行时间，然后去调整吗？
还有呢？如果我的计数值溢出了。我要进入中断。
这样话，我的中断处理的时间是不是也要处理在内。因为在进入中断后，如果定时器还在计数的话，比如DSPIC2010是这种情况的。
但是如果进入中断后，定时器如果不计数呢。在处理中断的这段时间定时器的计数值一直没有记录。又损失了。是不是又要开始估计
这段估计的损失呢？




不知道你是否有有MICROCHIP单片机的应用经验。
我用是DSPIC10F2010
如果可以的话，
我也想了解一下你的程序结构。
你的优化程序

不甚感激

[ 本帖最后由 xkdwangcs 于 2011-6-27 15:11 编辑 ]