单电阻三电阻FOC电机控制开源板调试及硬件电路

STEVAL-05FM1（基于030C8T6）单电阻三电阻FOC电机控制开源板调试文档详细说明

（主芯片：STM32F030C8T6）

一、硬件说明

1.1图纸说明

5V稳压电路：就给霍尔传感器或编码器供电用，如果是无感启动不用；

尽量选择高频率DCDC的转换芯片，频率越低更容易引入一些噪声；

IPM模块：选的是国产600V/15A，国产IPM模块最好留至少5倍余量，也就是尽量不要超过3A，如果是进口IPM模块至少3倍余量；

1.2硬件布线

电流采样一定要采用差分走线；特别是地线（电流采样电路适当的加滤波电容）；

PWM输出线和电流采样线尽量不要交叉；

1.3安全说明

*电源输入供电：采用隔离变压器或隔离的交流电源或隔离的高压开关电源供电；

*电脑供电：尽量用笔记本电脑，且电脑的电源不用接（用电池供电，避免电源的地都通在一起，烧坏笔记本或端口）；

*仿真器或调试器：通过USB隔离或采用隔离的仿真器；

*示波器调试说明：尽量用电池供电示波器或示波器的电源线接地线不要接（三芯插头中间的接地线）；

*板子及带电端口：不要用手触摸，以免被电到。

1.4接线说明

板子

V+:接电源正+

V-:接电源正-

U:接电机U或A

V:接电机V或B

W:接电机W或C

HA:接电机霍尔传感器U或编码器A（对应550W伺服电机编码器：4脚）

HB:接电机霍尔传感器V或编码器B（对应550W伺服电机编码器：3脚）

HC:接电机霍尔传感器W（对应550W伺服电机编码器：2脚）

GND或0V：接电机传感器接口GND（对应550W伺服电机编码器：5脚）

+5：接电机传感器接口5V（对应550W伺服电机编码器：14脚）

ST LINK的SWD及串口接线说明:

按上图所示一对一接线即可（ST LINK背面朝向），RST和3.3V电源可不接。

二、软件说明

新建工程板子选择

底板选择：

驱动板选择：

选择对应的电机参数

保存工程到需要的文件夹：

关闭温度检测接口（如硬件有用到则加上）：

电机设置（双击打开电机图标）

如果是HALL接口打钩霍尔接口并输入霍尔角度；

如果是编码器接口打钩编码器接口并线数；

如果是无感可跳过；

速度反馈接口设置（默认无感，无感可跳过）

比如设置HALL接口

数字IO口设置点开下面图片:

根据硬件图纸设计端口进行设置：

PWM输出端口设置：

刹车输入端口设置：

HALL或编码器接口设置（无感启动则无法设置）：

串口波端口及波特率设置：波特率改为9600

串口端口引脚设置：

按键启动/停止端口设置：

设置参考如下图所示：

比较器过流设置

AD采样电流放大倍数设置（如果是单电阻则改为单电阻，并修改电流采样电阻值，单电阻还要除3，并把板子上CN1和CN2用短路帽短接）

AD采样电流放大倍数设置界面值修改

AD采样电流放大倍数设置好保存

DAC功能设置打开图标：

全部选择关闭（F0无DA）

模拟输入及保护设置：

母线电压采样根据图纸进行设置（PA1）:

AD采样时钟及UVW相电流采样端口设置：

根据硬件图纸：

U对应PA4：

V对应PA5：

W对应PA6：

三电阻则根据UVW顺序设置为PA4、PA5、PA6

单电阻则设置为PA5；

驱动界面设置（F0内核计算能力有限）：

降低PMW频率：设置为16K以下

死区时间：默认为800nS，用的国产芯片可改为1200nS

目标速度：设置为1183，可设置为额定速度的15%到85%左右，太低会无法启动；太高启动电流太大；

PWM计算周期：改为2，F0计算太慢

截止频率：改为3000左右，由于单电阻和F0计算慢取2000或1000；

无感启动界面设置

有感编码器启动设置（电流可以根据实际需要设置大些）

如无其它修改则生成工程（选择相应的工程文件）

生成按钮：

等待生成工程完成

在对应的存放目录下，打开生成的MDK工程文件

点击魔术棒，并打开Device界面，更改芯片为STM32F030C8T6:

设置仿真下载接口为st link

选择仿真接口为SWD速率为4M

添加芯片FALSH的加载算法

点击KEIL MDK的编译按钮编译程序

点击load下载程序（先连接好线和电源，再通电）。

正常下载程序后，通过按板子的USER1按钮，即可启动电机；

点击WORKBENCH的GUI按钮进行在线串口调试

或通过WOROBENCH的在线调试界面调试，选择相应的串口，波特率设置为9600

如无问题点击start按钮或板子的蓝色按钮即可正常转：

正常转如下图所示

三、调试补充说明

最好先确定下电机参数（电机找电机厂或自己测试或用我们IPM05F+NUCLEO-F303RE板子进行测试）。

首先，需要再次确认ST MC Workbench中所有设置的参数是否和实际的硬件

参数一致：如电机的相关参数，驱动部分的参数，单片机IO设置等。

• 如果有其中任意一个参数设置错误，可能导致电机永远也无法正确启动。

• 如果有需要，可以让电机运行在开环模式，来测量Tnoise和Trise相关参数。

如果启动后立即出现硬件过流保护，可能由以下原因导致：

• 选择了错误的电流采样方式

• 选择了错误的电流采样参数：如取样电阻值，放大倍数，ICS增益，Tnoise, Trise等.

• 电流环的调节带宽过高：3电阻采样建议为2000rad/s,单电阻采样建议为1000rad/s

• 由于布线受到干扰而导致误触发硬件过流保护，需要检查硬件设计。

如果出现电机只动一下，但是没有加速动作：

• 这种问题一般是因为开环电流不够大导致无法拖起转子加速，有时出现开环启动完成，

但报启动失败故障，这时：

• 需要减低加速率，或提高开环启动电流

如果以上方法可以解决，但是不能保证100%有效，请尝试增加定位功能。

如果转子可以转动并且有加速动作，但是还是会停止并且报“速度反馈失败”错误，可能由以下原因导致：

• 启动成功的限制条件过于宽松导致过早切入闭环。

• 如下的方法可以解决这样的问题：

• 提高“连续成功启动输出测试”值，正常情况下请不要大于5。

• 提高最小启动输出速度。

如果采用以上方法导致开环的最终速度过高，或没有解决问题，可以尝试以下方法：

• 减少观测器的增益G2,它可以降低扰动对速度反馈的影响。

• 通常G2应该按照/2,/4,/6,/8方式来减少。

• 放宽观测器的收敛条件，这样使观测器更容易收敛：

• 使用新的电机库，可以设置速度变化波动为80%（PLL）,或400%（Cordic)。

• 这种情况下需要增加反向电动势幅度与估算速度一致性的检查。

• 更改速度/扭矩的爬升率：根据实际负载和转子的惯性等情况，让加速度更加柔和，防止突然加速导致对反向电动势估算的扰动。

无感启动G2增益修改界面：