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  • MSPM0 通用 FOC 调优

    • ZHCUCS5A January   2025  – March 2025 MSPM0G3507

       

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  • MSPM0 通用 FOC 调优
  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2硬件设置
    1. 2.1  EVM 硬件设置
      1. 2.1.1 EVM 硬件支持
    2. 2.2  IPD 使用的外设配置
    3. 2.3  PWM 输出的引脚配置
    4. 2.4  ADC 电流的引脚配置
    5. 2.5  ADC 电压的引脚配置
    6. 2.6  有关故障的引脚配置
    7. 2.7  GPIO 输出功能的引脚配置
    8. 2.8  SPI 通信的引脚配置
    9. 2.9  UART 通信的引脚配置
    10. 2.10 评估板的外部连接
  6. 3软件设置
  7. 4GUI 设置
    1. 4.1 串行端口配置
    2. 4.2 GUI 主页
    3. 4.3 系统配置
    4. 4.4 寄存器映射
    5. 4.5 电机调优页面
    6. 4.6 配套资料页面
    7. 4.7 加载和保存寄存器配置
  8. 5寄存器映射
    1. 5.1 GUI 中的寄存器映射页面
    2. 5.2 用户控制寄存器（基址 = 0x20200400h）
      1. 5.2.1 速度控制寄存器（偏移 = 0h）[复位 = 00000000h]
      2. 5.2.2 算法调试控制 1 寄存器（偏移 = 4h）[复位 = 00000000h]
      3. 5.2.3 算法调试控制 2 寄存器（偏移 = 8h）[复位 = 00000000h]
      4. 5.2.4 算法调试控制 3 寄存器（偏移 = Ch）[复位 = 00000000h]
      5. 5.2.5 DAC 配置寄存器（偏移 = 10h）[复位 = 00000000h]
    3. 5.3 用户输入寄存器（基址 = 0x20200000h）
      1. 5.3.1  SYSTEM_PARAMETERS（偏移 = 0h）
      2. 5.3.2  ISD_CONFIG 寄存器（偏移 = 3Ch）[复位 = 00000000h]
      3. 5.3.3  MOTOR_STARTUP1 寄存器（偏移 = 40h）[复位 = 00000000h]
      4. 5.3.4  MOTOR_STARTUP2 寄存器（偏移 = 44h）[复位 = 00000000h]
      5. 5.3.5  CLOSED_LOOP1 寄存器（偏移 = 48h）[复位 = 00000000h]
      6. 5.3.6  CLOSED_LOOP2 寄存器（偏移 = 4Ch）[复位 = 00000000h]
      7. 5.3.7  FIELD_CTRL 寄存器（偏移 = 50h）[复位 = 00000000h]
      8. 5.3.8  FAULT_CONFIG1 寄存器（偏移 = 54h）[复位 = 00000000h]
      9. 5.3.9  FAULT_CONFIG2 寄存器（偏移 = 58h）[复位 = 00000000h]
      10. 5.3.10 MISC_ALGO 寄存器（偏移 = 5Ch）[复位 = 00000000h]
      11. 5.3.11 PIN_CONFIG 寄存器（偏移 =60h）[复位 = 00000000h]
      12. 5.3.12 PERI_CONFIG 寄存器（偏移 = 64h）[复位 = 00000000h]
    4. 5.4 用户状态寄存器（基址 = 0x20200430h）
  9. 6基本调优
    1. 6.1 系统配置参数
      1. 6.1.1 从 GUI 配置系统参数
      2. 6.1.2 以毫欧 (mΩ) 为单位的电机电阻
      3. 6.1.3 以微亨 (μH) 为单位的电机电感
      4. 6.1.4 IPMSM 电机的凸极
      5. 6.1.5 电机 BEMF 常数
      6. 6.1.6 基极电压 (V)
      7. 6.1.7 基极电流 (A)
      8. 6.1.8 最大电机频率 (Hz)
      9. 6.1.9 最大电机功率 (W)
    2. 6.2 基本电机旋转的控制配置
      1. 6.2.1 基本电机启动
        1. 6.2.1.1 禁用 ISD
        2. 6.2.1.2 电机启动选项 - 对齐
        3. 6.2.1.3 电机开环斜坡
        4. 6.2.1.4 电机开环调试
      2. 6.2.2 用于在闭环中旋转电机的控制器配置
        1. 6.2.2.1 用于无传感器转子位置检测的 BEMF 估算
          1. 6.2.2.1.1 增强型滑模观测器
          2. 6.2.2.1.2 基于电机模型的有限 BEMF 估算
        2. 6.2.2.2 使用 PLL 的转子位置和转速估算
        3. 6.2.2.3 针对闭环速度控制的 PI 控制器调优
          1. 6.2.2.3.1 电流环路 PI 调优
          2. 6.2.2.3.2 速度控制器调优
        4. 6.2.2.4 测试是否成功启动至闭环
    3. 6.3 故障处理
      1. 6.3.1 异常 BEMF 故障 [ABN_BEMF]
      2. 6.3.2 监控电源电压波动以防止电压越界故障
      3. 6.3.3 无电机故障 [NO_MTR]
  10. 7高级调优
    1. 7.1 控制配置调优
      1. 7.1.1  控制运行模式
        1. 7.1.1.1 闭环速度控制模式
        2. 7.1.1.2 闭环功率控制模式
        3. 7.1.1.3 闭环扭矩控制模式
        4. 7.1.1.4 电压控制模式
      2. 7.1.2  对电机进行初始速度检测，以实现可靠的电机重新同步
      3. 7.1.3  检测反向旋转的单向电机驱动
      4. 7.1.4  在启动期间防止转子回旋
        1. 7.1.4.1 选项 1：IPD
        2. 7.1.4.2 选项 2：慢速首循环
      5. 7.1.5  逐渐和平稳启动动作
      6. 7.1.6  缩短启动时间
        1. 7.1.6.1 选项 1：初始位置检测 (IPD)
        2. 7.1.6.2 选项 2：慢速首循环
      7. 7.1.7  快速停止电机
      8. 7.1.8  弱磁：以高于额定速度的速度运行电机
      9. 7.1.9  每安培最大扭矩：提高 IPMSM 电机的效率
      10. 7.1.10 在电机停止期间防止电源电压过冲。
      11. 7.1.11 保护电源
      12. 7.1.12 FOC 带宽选择
  11. 8硬件配置
    1. 8.1 方向配置
    2. 8.2 制动配置
    3. 8.3 Main.h 定义
      1. 8.3.1 检测放大器配置
      2. 8.3.2 驱动器传播延迟
      3. 8.3.3 驱动器最小导通时间
      4. 8.3.4 电流分流配置选择
        1. 8.3.4.1 三分流器配置
        2. 8.3.4.2 双分流器配置
        3. 8.3.4.3 单分流器配置
      5. 8.3.5 CSA 偏移比例因子选择
    4. 8.4 实时变量跟踪
  12. 9修订历史记录
  13. 重要声明
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User's Guide

MSPM0 通用 FOC 调优

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摘要

本调优指南提供了设置 MSPM0 MCU 和配套驱动器硬件板的分步指导，便于使用通用 FOC 电机控制库调优和旋转三相无刷直流电机。

通用 FOC 电机控制库是一个开源 FOC 库，支持广泛的转子位置估算算法。该初始版本的通用 FOC 支持增强型滑模观测器和有限 BEMF 估算方法，用于无传感器 FOC 中的转子位置估算。

注： 本调优指南参考的是 SDK 版本 2.04.00.00 及以上的通用 FOC v1.01.00。

商标

LaunchPad™is a TM ofTI corporate name.

Arm® and Cortex®are reg TMs ofArm Limited.

Other TMs

1 引言

MSPM0Gxxx 系列 80MHz Arm®-Cortex® M0+ MCU 可通过多种无传感器和带传感器 FOC 控制对三相无刷直流 (BLDC) 电机进行换向。

BLDC 电机由三相无刷直流 (BLDC) MOSFET 栅极驱动器或集成式 MOSFET 电机驱动器（标称直流轨）或电池组电压驱动。该驱动器通常集成了三个电流检测放大器 (CSA)，用于检测 BLDC 电机的三相电流，从而实现出色的 FOC 控制。

图 1-1 所示为 MSPM0Gxxx MCU 和 BLDC 电机驱动器的简化原理图。

MSPM0Gxxx + BLDC 电机驱动器的简化原理图图 1-1 MSPM0Gxxx + BLDC 电机驱动器的简化原理图

本调优指南提供了使用 MSPM0Gxxxx MCU 对三相 BLDC 电机进行调优的步骤。调优过程分为四个部分：硬件设置、软件设置、基本调优和高级调优。

  • 硬件设置：设置 TI 提供的硬件或使用定制 PCB 进行调优过程的步骤。
  • 软件设置：设置 TI 提供的软件以旋转和调节 BLDC 电机的步骤。
  • GUI 设置（可选）：使用图形用户界面 (GUI) 旋转和调优 BLDC 电机的步骤。
  • 基本调优：在闭环中成功使电机旋转的调优步骤。
  • 高级调优：符合用例并探索器件中功能的调优步骤。

2 硬件设置

使用本调优指南时需具备以下各项：

  • LP-MSPM0G3507/LP-MSPM0G3519 电路板
  • 支持的 DRV83xx 电机驱动器评估模块 (EVM)
    • BOOSTXL-DRV8323RS
    • DRV8316REVM
    • DRV8329 EVM
  • 用于引脚表连接的跳线
  • 安装了 MSPM0 FOC 软件的计算机
  • 要使用此流程进行调优的电机。电机数据表对您有所帮助，但并非强制性要求。
  • 适合电机的直流电源。
  • 基本实验室设备，例如数字万用表 (DMM)、示波器、电流探针和电压探针

图 2-1 展示了无传感器 FOC 电机系统的连接方框图。此系统可由以下组件构建：

  • TI 提供的硬件（LP-MSPM0G3507/LP-MSPM0G3519 和 DRV83xx EVM）
  • 具有板载 MSPM0Gxxx MCU 和 BLDC 电机驱动器的定制 PCB 硬件

以下各节介绍了如何为无传感器 FOC 方框图的每个部分配置引脚。

MSPM0Gxxx + BLDC 电机驱动器 - 无传感器 FOC 方框图图 2-1 MSPM0Gxxx + BLDC 电机驱动器 - 无传感器 FOC 方框图

系统配置工具 (SysConfig) 有助于配置电机控制系统中的引脚。为 EVM 硬件设置提供了默认引脚配置来旋转电机，但引脚可以在 SysConfig 中直观地重新映射到其他引脚。这对于重新配置定制 PCB 上的不同引脚（例如 PWM、ADC 或其他控制信号）或在 MSPM0 器件上扩展到不同的封装非常有用。

2.1 EVM 硬件设置

TI 提供用于评估 MSPM0 Arm Cortex-M0+ 微控制器的 LaunchPad™ 开发套件，以及用于评估 DRV83xx 系列无刷直流电机驱动器的评估模块 (EVM)。这些评估板可从 ti.com 上获取，并可用作通用 FOC 电机控制的系统评估平台。

有关支持的评估板，请参阅节 2.1.1。

注： 默认提供具有预配置的引脚，这些引脚支持硬件评估板。如果使用定制 PCB，请参阅以下引脚配置 部分，为三相电机驱动器分配支持的引脚。

 
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