STM32f103 SMO滑膜观测器的 无感无刷FOC驱动DIY
小时候玩航模了解到无刷电机，又从方波控制了解到FOC控制，在接触了一些开源项目的时候，感叹做的真好，不论是方波的还是Foc的启动都是那么丝滑，软件做的虽然好，但在这几年电机驱动芯片和部分型号的单片机价格都居高不下，做一个低成本的Foc驱动器利用网上开源资料已经不够用了。
ky_motor Foc 测试视频
假期趁着有时间做一套Foc驱动器，从硬件到软件，从夏天到冬天，真是不容易，总算差不多了。
开发板：开发板链接
硬件选用了STM32F103单片机，程序内容并不是很多，103c8，103rb都可以满足需求，为了后期可以扩展资源，我选用了rbt6，价格大约16元一颗，不是用的ST电机库，因此程序可以移植到国产芯片上，不过我没有移植过，毕竟我不太相信国产芯片（个人观点）。
驱动芯片选用的EG2134，没什么可说的，就是图便宜，一颗大约1.5元，比国产的峰绍还要便宜个几毛钱，这难道不是我选它的理由吗？
运放选用的是LM324，也是几毛钱的物料，追求更好的效果可以选用精度更高的运放，而不是我选用的这个玩具级，运放采样做的是一个差分输入的方式，看电流波形还可以。
Mos用的是Irlr7843，性能很好的一颗mos，以前做航模的时候总用这个mos，就是假货比较多，我这个板子也没打算跑太大的电流，因此这个Mos不论从价格还是从性能，都能满足我的需求。
三个控制按键，复位，开始，停止。实际的程序样式也是按start电机开始转动，按stop电机停止转动，复位键用于debug调试使用。预留一个电位器接口，用来调速。
电阻采样用了三颗0.05R的采样电阻，通过三电阻采样的方式保证了电流采样的精度（当然，运放有些拉跨）。
剩下的就是辅助电路了，预留了IIC接口，SPI接口，后期方便加传感器或者OLED。
硬件介绍完了，剩下的就是软件部分了，当然也是最精彩的部分了，篇幅有限，我简单介绍一下功能，后面有时间我会在专栏里给大家详细的讲解一下Foc的控制方法。
使用了SMO 滑膜观测器，SMO代码精简，性能稳定，值得多花一些时间对其进行改进。比如，在反电势滤波方法上。SMO参数调整相对来说比较简单，实际调试电机过程中能很快的调出让电机稳定运行的参数。有没有参数更容易调整的观测器？有的，对传统滑模观测器添加一个自适应律，得到自适应滑模观测器。当然，最重要的还是我比较擅长SMO，其他的都不重要。
控制模式上写了三个模式，Hallloop（霍尔闭环），SMOloop（滑膜闭环），Openloop（开环）这三个模式。我先把这部分代码贴上来，后期测试的视频我在传上来。
Openloop
void Motor_IFStart(void)
{Angle_Acc(Angle);AngleSin_Cos.IQAngle = Angle.Set;//角度pi_iq.Ref = IqStart; //启动电流设置ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);/**************Clark变换****************/ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 /**************Park变换****************/ ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;ParkI.Beta = ClarkI.Beta;ParkI.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 /************d轴控制器*******************/ pi_id.Ref = 0; //给定idpi_id.Fbk = ParkI.Ds; //反馈id PI_MACRO(pi_id);// d轴控制器/************q轴控制器*******************/ pi_iq.Fbk = ParkI.Qs; //反馈iq PI_MACRO(pi_iq);// q轴控制器 /************PARK逆变换*******************/ IparkU.Ds = pi_id.Out;IparkU.Qs = pi_iq.Out;IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值PARKinv_MARCO(IparkU) Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;Svpwm.Ubeta = IparkU.Beta;SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比PWM_CMP(); //得到PWM比较值
}SMOloop
void SMO_SpeedLoop(void)
{ PWMZD_count++;if(PWMZD_count==25){PWMZD_count=0; SMO_Speedcale();pi_spd.Ref = SpeedRef;pi_spd.Fbk = Speed_estPare.Speed_RPM;PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度环PI } AngleSin_Cos.IQAngle = IQAtan_Pare.IQAngle;//估算角度pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);/**************Clark变换****************/ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 /**************Park变换****************/ ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;ParkI.Beta = ClarkI.Beta;ParkI.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 /************d轴控制器*******************/ pi_id.Ref = 0; //给定idpi_id.Fbk = ParkI.Ds; //反馈id PI_MACRO(pi_id);// d轴控制器/************q轴控制器*******************/ pi_iq.Fbk = ParkI.Qs; //反馈iq PI_MACRO(pi_iq);// q轴控制器 /************PARK逆变换*******************/ IparkU.Ds = pi_id.Out;IparkU.Qs = pi_iq.Out;IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值PARKinv_MARCO(IparkU) Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;Svpwm.Ubeta = IparkU.Beta;SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比PWM_CMP(); //得到PWM比较值
}Hallloop
void Mode_Hall_loop(void)
{PWMZD_count++;if(PWMZD_count==25){PWMZD_count=0;Hall_Three_Speedcale(); pi_spd.Ref = SpeedRef;pi_spd.Fbk = Hall_Three.Speed_RPM;PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度PI控制器 }ThreeHallanglecale();//得到角度AngleSin_Cos.IQAngle = Hall_Three.ele_angleIQ;ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);/*****************************************************************************//**************Clark变换****************/ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 /**************Park变换****************/ ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;ParkI.Beta = ClarkI.Beta;ParkI.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 /************d轴控制器*******************/ pi_id.Ref = 0; //给定idpi_id.Fbk = ParkI.Ds; //反馈id PI_MACRO(pi_id);// d轴控制器/************q轴控制器*******************/ pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出pi_iq.Fbk = ParkI.Qs; //反馈iq PI_MACRO(pi_iq);// q轴控制器 /************PARK逆变换*******************/ IparkU.Ds = pi_id.Out;IparkU.Qs = pi_iq.Out;IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值PARKinv_MARCO(IparkU) Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;Svpwm.Ubeta = IparkU.Beta;SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比PWM_CMP(); //得到PWM比较值}
增加了一个上位机接口，用于观测电流波形Iabc，SMO和speed。上位机用的是VOFA，一个开源的上位机。
这是Iabc的波形。
这是SMO波形
这是 速度speed波形
整体测试还算好吧，后续还有很多工作需要做。最后是测试视频
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