ATC AC781x MotorApp Development Guide 文档版本 1.1 撰写日期杰发科技本文档包含杰发科技的专有信息未经授权, 严禁复制或披露本文档包含的任何信息由于产品版本升级或其他原因, 本文档内容会不定期进行更新

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翘联贡
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2 修订历史版本日期作者修订说明 ATC 文档初版 ATC 增加 BLDC 部分描述杰发科技机密文件杰发科技有限公司 2 /40

3 版权声明本文档包含 AutoChips 公司的机密信息禁止未经授权使用或披露本文档包含的信息对因未经 AutoChips 公司授权而全部或部分披露此文档内容而给 AutoChips 公司带来的任何损失或损害, AutoChips 公司将追究责任 AutoChips 公司保留对此处任何信息进行更改的权利, 此处的信息如有变更, 恕不另行通知 AutoChips 公司对使用或依赖此处包含的信息不承担任何责任本文档的所有信息均按原样提供, 不提供任何形式的明示, 暗示, 法定或其他形式的保证 AutoChips 公司明确拒绝对适销性, 非侵权性和针对特定用途的适用性方面的的所有暗示保证 AutoChips 公司对本文档可能使用包含或提供的任何第三方软件不提供任何担保, 并且用户同意仅向该等第三方寻求与此相关的任何担保索赔 AutoChips 公司对于根据用户规格或为符合特定标准或公开论坛而产生的任何交付物, 也不承担任何责任杰发科技机密文件杰发科技有限公司 3 /40

4 目录修订历史... 2 版权声明... 3 插图目录... 6 表格目录简介本文目的 Motor_App 工程组成 Motor_App 工程简介 Motor_App 功能 Motor_App 硬件背景代码结构及文件描述 Motor_App 软件设计 Motor_App 架构 Motor_App 流程图 Motor_App 接口描述 Motor_App(API) 数据结构外设初始化设置 GPIO 初始化 PWM GPIO 初始化 ADC GPIO 初始化 PWDT GPIO 初始化 Debug PWM GPIO 初始化 PWM 初始化 ADC 初始化 PWM 触发 ADC 功能初始化杰发科技机密文件杰发科技有限公司 4 /40

5 2.5 TIM 初始化 PWDT 初始化 DEBUG PWM 初始化中断服务程序电机过电流保护中断 ADC 采样完成中断 Timer 中断使用说明和注意事项电流环控制速度环控制用户定制化典型问题 HALL 角度自学习问题缩略语参考文档杰发科技机密文件杰发科技有限公司 5 /40

6 插图目录图 1-1 Motor_App 工程模块图... 8 图 1-2 电机控制系统框图图 1-3 Motor_App 架构图图 1-4 Motor_App 主程序流程图图 2-1 PWM2 模块 GPIO 定义图 2-2 ADC 模块 GPIO 定义图 2-3 PWM 模块典型配置示意图图 2-4 FOC 模式 ADC 中断触发示意图图 5-1 Motor_App 定制化分类杰发科技机密文件杰发科技有限公司 6 /40

7 表格目录表 1-1 代码结构及描述表表 1-2 Motor_App 模块 API 接口表表 1-3 Motor_App 中结构体表 2-1 ADC 外部触发源配置表杰发科技机密文件杰发科技有限公司 7 /40

8 1 简介 1.1 本文目的本文主要目的是为了描述 Demo 板的适配 MotorApp 软件工程基本组成, 并简要介绍基本软件模块初始化, 根据实际电机的技术参数需适配修改的宏定义变量等, 让用户能够快速在现有 MotorApp 工程上进行修改适配, 满足项目的应用需求 1.2 Motor_App 工程组成 Motor_App 工程组成部分如图 1-1 所示 : 图 1-1 Motor_App 工程模块图杰发科技机密文件杰发科技有限公司 8 /40

9 1.3 Motor_App 工程简介 Motor_App 功能 ATC 电机控制算法应用层软件 (Motor_App) 主要功能包括以下几个部分 : (1) User: a. 按钮控制接口实现 b. 电机控制算法模式选择 (2) Bldc_App: a. 霍尔信号采集及电机转子速度解算 b. BLDC 带霍尔控制算法 c. BLDC 速度环调速实现 (3) Foc_App: a. 各外设模块的初始化 (GPIO PWM ADC TIM CTU 等 ) b. Debug 接口实现 c. 相电流采样 d. ADC 中断, 在 ADC 中断中调用 FOC 算法 (4) Foc_Lib.Lib: a. FOC 算法矢量变换实现 b. SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 空间矢量脉宽调制实现 c. HALL 传感器估算转子位置及霍尔安装方式辨识 d. 滑模观测器 e. 电机保护策略 f. 电机启动策略 (5) Foc_Cfg: a. Demo 板硬件参数配置 b. 电机控制算法驱动参数设置杰发科技机密文件杰发科技有限公司 9 /40

10 1.3.2 Motor_App 硬件背景基于 AC781x 进行 BLDC 或 PMSM 电机控制, 其原理框图如下图 1-2 所示 PWM PWM1H PWM1L PWM2H PWM2L PWM3H PWM3L 三相逆变器 MOTOR FAULT Fault AC781x ADC VDC IBUS Ia Ib Ic PWDT 相电压反馈或霍尔信号 DEBUG PWM 用于电机调试 debug 图 1-2 电机控制系统框图由图 1-2 可见电机控制系统需使用以下 MCU 外设资源, 包括 : 1 PWM 用于控制六路 PWM 输出, 经逆变器后驱动三相电机 2 FAULT 检测电机过电流故障, 便于进行电机保护 3 ADC 5 路 ADC 分别采集 a b c 三相电流, 母线电压和母线电流, 采集任意两相电流即可还原三相电流, 满足 FOC 的 Clark 变换需求 ;5 路 ADC 信号均进行采集, 则可实现更复杂的控制算法 4 PWDT 用于 HALL 位置传感器采集, 获取电机转子扇区位置杰发科技机密文件杰发科技有限公司 10 /40

11 5 ACMP 无传感 BLDC 控制中进行相电压采集比较, 获取电机转子扇区位置 6 Debug PWM 用于电机开发调试, 产品量产时不使用, 可与 CAN UART SPI 等外设模块复用代码结构及文件描述 Motor_App 的代码结构及文件路径描述见表 1-1 所示表 1-1 代码结构及描述表文件名文件路径文件描述 bldc_hall.h Motor_App\Bldc\ Bldc_App\inc BLDC 电机霍尔读取及启动头文件 bldc_pwm_control.h Motor_App\Bldc\ Bldc_App\inc BLDC 电机工作转换及电机驱动头文件 pid.h Motor_App\Bldc\ Bldc_App\inc BLDC 电机速度环控制运算头文件 common.h Motor_App\Bldc\ Bldc_App\inc BLDC 电机控制相关默认全局变量头文件 bldc_hall.c Motor_App\Bldc\ Bldc_App\src BLDC 电机霍尔读取及启动 bldc_pwm_control.c Motor_App\Bldc\ Bldc_App\src BLDC 电机工作转换及电机驱动 pid.c Motor_App\Bldc\ Bldc_App\src BLDC 电机速度环控制运算 foc_app.h Motor_App\Foc\Foc_App\inc Foc 电机控制外设初始化及主函数头文件 foc_isr.h Motor_App\Foc\Foc_App\inc Foc 电机控制相关中断函数头文件 globalvar.h Motor_App\Foc\Foc_App\inc Foc 电机控制相关全局变量头文件 foc_app.c Motor_App\Foc\Foc_App\src Foc 电机控制外设初始化及主函数 foc_isr.c Motor_App\Foc\Foc_App\src Foc 电机控制相关中断函数 globalvar.c Motor_App\Foc\Foc_App\src Foc 电机控制相关全局变量 drive_parameters_define.h Motor_App\Foc\Foc_Cfg Foc 电机算法控制参数定义头文件杰发科技机密文件杰发科技有限公司 11 /40

12 文件名文件路径文件描述 hwboard_parameters_define.h Motor_App\Foc\Foc_Cfg Foc 硬件电路板参数定义头文件 motor_parameters_define.h Motor_App\Foc\Foc_Cfg Foc 电机参数定义头文件 adcdrv.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 采样电流处理相关头文件 autocur_regulator.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 电流调节器相关头文件 autospd_regulator.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 速度调节器相关头文件 bridgedrv.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 上下桥臂输出相关头文件 compensator.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 数字滤波器补偿相关头文件 coordnt.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 矢量变换相关头文件 hall_sensor.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc Hall 信号处理相关头文件 iqmath.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc IQMATH 库相关头文件 maxtorque_per_ampere.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc 每安培最大转矩电流相关头文件 motorctrl.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 电机控制主函数接口头文件 param_init.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 电机控制参数标幺相关头文件 pid_regulator.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc PID 控制相关头文件 protector.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc 保护相关头文件 smopos.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 滑膜观测器相关头文件 startup.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc 电机启动相关头文件 svgen.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Foc SVPWM 相关头文件 tlv5608.h Motor_App\Foc\Foc_Lib\inc Tlv5608 SPI ADC 相关头文件 foc_control.lib Motor_App\Foc\Foc_Lib\src 电机 Foc 控制开发库杰发科技机密文件杰发科技有限公司 12 /40

1.4 Motor_App 软件设计 1.4.1 Motor_App 架构 Motor_App 软件工程包括 Motor_App,MotorLib 等模块, 其基本架构如图 1-3 所示 : Motor_App bldc_hall main key gpio bldc_pwm_control pid foc_app foc_isr globalvar adcdrv hall_sensor

13 1.4 Motor_App 软件设计 Motor_App 架构 Motor_App 软件工程包括 Motor_App,MotorLib 等模块, 其基本架构如图 1-3 所示 : Motor_App bldc_hall main key gpio bldc_pwm_control pid foc_app foc_isr globalvar adcdrv hall_sensor MotorLib protector MotorLibFoc_Cfg AC781x CMSIS autocur_regulator autospd_regulator bridgedrv iqmath maxtorque_per_ampere motorctrl smopos startup svgen drive_parameters_define hwboard_parameters_define compensator param_init tlv5608 motor_parameters_define coordnt pid_regulator 图 1-3 Motor_App 架构图 Motor_App 流程图 Motor_App 通过上电读取电机工作模式配置来执行启动流程, 其主程序流程如图 1-4 所示 : 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 13 /40

Start Initial Debug Initial GPIO Read Keys status Check Motor Mode 010 100 & 101 App_BLDC_HALL() App_FOC() App_BLDC_BEMF() Return 图 1-4 Motor_App 主程序流程图 1.5

14 Start Initial Debug Initial GPIO Read Keys status Check Motor Mode & 101 App_BLDC_HALL() App_FOC() App_BLDC_BEMF() Return 图 1-4 Motor_App 主程序流程图 1.5 Motor_App 接口描述 Motor_App(API) Motor_App 模块中 API 接口见如下表 1-2 所示 : 表 1-2 Motor_App 模块 API 接口表 API GlobalVarInit FOC_GPIO_Initialize 说明电机控制全局变量初始化 FOC 控制 GPIO 口初始化杰发科技机密文件杰发科技有限公司 14 /40

15 PWM_FaultCallback Timer1_Callback FOC_PWDT_Callback Motor_Ctrl_CallBack App_FOC MainStateMachine FOC_Keys_Read FOC_DEBUG_Watch BLDC_Hall_Parameters_Initalize BLDC_Hall_PWDT_Initialize BLDC_Hall_GPIO_Initialize BLDC_Hall_TimerTask BLDC_Hall_Task BLDC_Hall_ADC_Task App_BLDC_Hall BLDC_Keys_Read 硬件过流保护中断定时器 1 中断回调函数, 产生时基 FOC 控制 PWDT 外设中断电机控制中断 FOC 模式控制接口电机控制状态机 FOC 按键识别电机控制调试变量检测 BLDC 控制参数初始化 BLDC 控制 PWDT 模块初始化 BLDC 控制 GPIO 口初始化定时器 0 中断回调函数, 速度环运算 BLDC 控制 PWDT 外设中断回调 BLDC 控制 ADC 中断 BLDC 模式控制接口 BLDC 按键识别 GlobalVarInit 函数原型 : void GlobalVarInit (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 15 /40

16 函数功能 : 通过宏定义设置电机应用中的各个控制参数, 包括 : 电机的参数电路板的参数电机控制算法的参数 FOC_GPIO_Initialize 函数原型 : void FOC_GPIO_Initialize (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 实现电机控制相关 GPIO 初始化 (KEY MODE PWM ADC PWDT HALL DEBUG), 用于不同电路板的硬件适配 PWM_FaultCallback 函数原型 : void PWM_FaultCallback (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 输出电流保护中断服务函数, 硬件监测到发生过流现象时进入, 中断设置为最高优先级 Timer1_Callback 函数原型 : void Timer1_Callback (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : Timer 1 中断服务函数, 用于产生 ms 任务时基 FOC_PWDT_Callback 函数原型 : void FOC_PWDT_Callback (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : PWDT 外设中断服务函数, 用于 HALL 传感器及无传感方波控制应用杰发科技机密文件杰发科技有限公司 16 /40

17 Motor_Ctrl_CallBack 函数原型 : void Motor_Ctrl_CallBack (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 电机控制中断服务函数,FOC 算法在此中断进行运算, 中断的优先级仅次于硬件电流保护中断优先级 App_FOC 函数原型 : void App_FOC (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 实现电机外设初始化 (GPIO PWDT DAC TIM CTU PWM ADC) 及电机控制相关全局变量初始化 MainStateMachine 函数原型 : void MainStateMachine (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 电机运行中的状态机控制 FOC_Keys_Read 函数原型 : void FOC_Keys_Read (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 识别电路板上按钮的状态 FOC_DEBUG_Watch 函数原型 : void FOC_DEBUG_Watch (void) 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 17 /40

18 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 电机控制 Debug 函数, 通过 PWM 接口模拟 DAC 的方式, 观察电机算法中的相关变量 BLDC_Hall_Parameters_Initalize 函数原型 : void BLDC_Hall_Parameters_Initalize (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 对 BLDC 启动阶段标志位, 启动目标初速及速度环参数进行初始化 BLDC_Hall_PWDT_Initialize 函数原型 : void BLDC_Hall_PWDT_Initialize (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 对 BLDC 控制模式中使用的 PWDT 进行功能初始化配置 BLDC_Hall_GPIO_Initialize 函数原型 : void BLDC_Hall_GPIO_Initialize (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : 对 BLDC 控制模式中使用的 PWM,ADC,PWDT 等模块的 GPIO 进行功能性初始化配置 BLDC_Hall_TimerTask 函数原型 : void BLDC_Hall_TimerTask (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : Timer0 中断触发的回调函数,BLDC 控制模式中执行速度标幺和速度环运算杰发科技机密文件杰发科技有限公司 18 /40

19 BLDC_Hall_Task 函数原型 : void BLDC_Hall_Task (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : PWDT 中断触发回调函数, 获取霍尔状态解算转子转速, 启动阶段判断,BLDC 根据转向和霍尔相位进行六步方波换相 BLDC_Hall_ADC_Task 函数原型 : void BLDC_Hall_ADC_Task (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : ADC 中断触发回调函数, 进行母线电流采样 App_BLDC_Hall 函数原型 : void App_BLDC_Hall (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : BLDC 模式控制接口, 根据识别按键状态进行 BLDC 不同阶段启动控制 BLDC_Keys_Read 函数原型 : void BLDC_Keys_Read (void) 参数介绍 : none 返回值 : none 函数功能 : BLDC 控制模式下, 识别并记录按键操作, 进行相应状态标记切换数据结构 Motor_App 工程中定义的结构体如下表 1-3 所示 : 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 19 /40

20 表 1-3 Motor_App 中结构体数据结构 FLASH_PARAM ESTIMATED_SPEED HALL_SENSOR_DATA PROTECTOR 说明存于 FLASH 中电机控制变量相关结构体转速计算相关结构体 Hall 传感器相关结构体保护相关结构体 FLSAH_PARAM typedef struct { uint16_t hallcalcmode; uint16_t hallselflearn; uint16_t learnintervaltime; uint16_t learncur; uint16_t learnorder; uint16_t learndegree; // 霍尔角度计算模式 // 霍尔角度自学习标志 // 霍尔自学习驱动电流间隔 // 霍尔自学习驱动电流大小 // 霍尔自学习补偿阶数 // 霍尔自学习角度 }HALLSENSOR_PARM typedef struct { // pid param int16_t torquekp; int16_t torqueki; int16_t torquekd; int16_t fluxkp; int16_t fluxki; int16_t fluxkd; int16_t maxtorque; //Q 轴电流环 KP //Q 轴电流环 KI //Q 轴电流环 KD //D 轴电流环 KP //D 轴电流环 KI //D 轴电流环 KD //Q 轴电流环最大值杰发科技机密文件杰发科技有限公司 20 /40

21 int16_t mintorque; int16_t maxflux; int16_t minflux; int16_t speedkp; int16_t speedki; int16_t speedkd; int16_t maxspeed; int16_t minspeed; //Q 轴电流环最小值 //D 轴电流环最大值 //D 轴电流环最小值 // 速度环 KP // 速度环 KI // 速度环 KD // 速度环最大值 // 速度环最小值 }PID_PARM; typedef struct { // Control Mode uint16_t speedfactor; uint16_t curfactor; // 速度转换因子 RPM to Pu // 电流转换因子 }TRANSFORM_PARM; typedef struct { // Control Mode uint16_t angleobtainmethod; uint16_t angleobservermethod; uint16_t startupmode; uint16_t controlmode; uint16_t motoracceleration; uint16_t motordeacceleration; TRANSFORM_PARM transfparam; PID_PARM pidparam; HALLSENSOR_PARM hallparam; // 电角度获取方式 // 角度观测器方式 // 启动模式 // 控制模式 // 电机速度环加速斜率 // 电机速度环减速斜率 // 速度电流转换结构体 //PID 参数结构体 //HALL 参数结构体杰发科技机密文件杰发科技有限公司 21 /40

22 }FOC_DRIVE_PARAM; typedef struct { //pwm active polarity uint16_t LowPwmPolarity; uint16_t HighPwmPolarity; // 上桥臂极性 // 下桥臂极性 //Current reading method uint16_t curreadmode; // 电流采样方式 //Dead time size set uint16_t deadtime; uint16_t maxvoltage; uint16_t normalvoltage; uint16_t minvoltage; float vbusattenuateval; uint16_t maxcurrent; // 硬件死区时间设置 // 最大电压 // 额定电压 // 最小电压 // 电压衰减倍数 // 最大电流 // board param float rshunt; float opgainval; uint16_t opgainpolarity; uint16_t adcrange; float adcrefv; uint16_t overcurrentpolarity; // 采样电阻阻值 // 运放放大倍数 // 运放极性 //ADC 精度 //ADC 电压范围 // 过流保护极性 }HW_BOARD_PARAM; typedef struct { HW_BOARD_PARAM hwboard; FOC_DRIVE_PARAM driveparam; // 硬件电路板参数相关结构体 //FOC 控制参数结构体杰发科技机密文件杰发科技有限公司 22 /40

23 }Flash_PARAM; ESTIMATED_SPEED typedef struct { uint16_t esttheta; uint16_t oldesttheta; int16_t estspeed; int16_t estspeedrpm; // 输入当前电角度 // 上周期电角度 // 输出估计转速 : /s // 输出估计转速 : 转 / 分 } ESTIMATED_SPEED; HALL_SENSOR_DATA typedef struct { uint8_t hallstatus; uint8_t hallestthetasector; uint8_t hallestthetasectorbuf; uint8_t zeroposhallstatus; uint8_t tenintervalhallstatus; uint8_t selflearnorder; uint16_t selflearntheta; uint8_t selflearnflag; uint8_t swapstate; // 霍尔开关状态 // 前一周期霍尔开关状态 // 霍尔开关状态缓存区 // 零位霍尔状态 //10 度位置霍尔状态 // 霍尔自学习序号 // 霍尔自学习角度 // 霍尔自学习标志 //swap 模式标志 int8_t rotordirection; // 电机转子方向标志 int8_t rotordirectionbuf; // 电机转子位置缓存区 uint16_t esttheta; int16_t estthetastep; int16_t estthetaerr; int16_t estthetaacc; uint16_t estthetacompcnt; // 估计转子角度,Q16 格式 // 估计转子步数 // 估计转子角度误差 // 估计转子角加速度 // 估计转子角度补偿计数器值杰发科技机密文件杰发科技有限公司 23 /40

24 uint16_t estthetacompcntbuf; uint16_t maxesttheta; uint16_t minesttheta; int16_t estfre; int16_t estfrelast; int16_t estfredoublelast; uint16_t sectorwidth; uint16_t sectorwidthlast; uint16_t sectorwidthdoublelast; uint16_t sectorwidthadjust[8]; uint16_t sectorwidthdegree[8]; // 估计转子角度补偿计数器缓存区 // 最大估计转子位置 // 最小估计转子位置 // 估计转子位置频率 // 上周期估计转子位置频率 // 上上周期估计转子位置频率 // 扇区宽度, 预留 // 上周期扇区宽度, 预留 // 上上周期扇区宽度, 预留 // 扇区宽度调整缓存区, 预留 // 扇区角度宽度, 预留 }HALL_SENSOR_DATA; PROTECTOR typedef struct PROTECTOR { MOTOR_ERR_FLAG ErrFlag; uint16_t countspeedproa1; uint16_t countspeedproa2; uint16_t countspeedproa3; uint16_t countspeedprob1; uint16_t countspeedprob2; uint16_t countspeedprob3; uint16_t HVoltCnt; uint16_t LVoltCnt; uint16_t recovercnt; uint16_t HCurrentCnt; uint16_t ErrRestartCnt; uint16_t ErrCntResetTimer; uint16_t motorblockcounter; // 速度保护计数 A1 // 速度保护计数 A2 // 速度保护计数 A3 // 速度保护计数 B1 // 速度保护计数 B2 // 速度保护计数 B3 // 过压保护计数 // 欠压保护计数 // 保护恢复时间计数 // 过流保护计数 // 重启故障计数 // 重启计数器故障计数 // 电机故障计数杰发科技机密文件杰发科技有限公司 24 /40

25 uint16_t hallerrcounter; uint16_t delaytimer; uint16_t startuperrdelay; uint16_t startupdelaycounter; uint16_t zerospeeddelay; uint16_t losespeeddely; uint16_t losaphtime; uint16_t losbphtime uint16_t loscphtime; uint16_t losephasedelay; uint16_t losephasetime; uint16_t losephaselimit; uint16_t startuperrflag; uint16_t losespeedproflag; uint16_t lowspeedproflag; uint16_t protectpc; uint16_t protecttime; // 霍尔故障计数 // 延迟时间 // 启动故障延时 // 启动延时计数 // 零速度延迟 // 未正常检测速度延迟 // 未正常检测 A 相位时间 // 未正常检测 B 相位时间 // 未正常检测 C 相位时间 // 未正常检测相位延迟 // 未正常检测相位阈值 // 未正常检测电流阈值 // 启动故障标志 // 未正常检测速度故障标志 // 低速故障标志 // 保护计数 // 保护时间 } PROTECTOR 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 25 /40

26 2 外设初始化设置 2.1 GPIO 初始化 PWM GPIO 初始化 AC781x 的 GPIO 具有 Multi-Function 功能, 可以根据具体的 pinmux 表格将相应的 GPIO 设置为 PWM 输出, 本文使用 AC781x 有 80-PIN 封装类型, 以下图 2-1 给出这种封装类型下 GPIO 的设置的参考图 2-1 PWM2 模块 GPIO 定义目前 MotorApp 中所支持的带霍尔方波 BLDC, 带霍尔 FOC 以及无感 FOC 模式, 最终均通过 PWM2 模块发波来驱动控制电机, 故 PWM2 模块的 GPIO 初始化一样, 使用 GPIO 的 Funtion1 将 GPIO 设置为 PWM 输出,PWM2 的 GPIO 初始化 API 借口为 void Motor_PWM_Gpio_Init(void) 函数 MotorApp 程序上电启动读取硬件配置电机工作模式后, 即会在不同模式中调用该函数, 进行 PWM 功能初始化 ADC GPIO 初始化 AC781x 有一个精度为 12bit 的 16 通道的 ADC, 其引脚定义见以下图 2-2 所示在使用的时候, 需要结合实际的硬件来使能 GPIO 的模拟输出功能 : 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 26 /40

图 2-2 ADC 模块 GPIO 定义在 ATC 电机 Demo Board 上,FOC 算法使用的是 ADC_IN4,ADC_IN5, ADC_IN6 和 ADC_IN7 来采样 3 相的电流和母线电流, 使用 ADC_IN8 采样母线电压 ;BLDC 无霍尔传感器算法需使用的是 ADC_IN0,ADC_IN1, ADC_IN2 和 ADC_IN3 来采样反电动势进行比较 ;MotorApp

27 图 2-2 ADC 模块 GPIO 定义在 ATC 电机 Demo Board 上,FOC 算法使用的是 ADC_IN4,ADC_IN5, ADC_IN6 和 ADC_IN7 来采样 3 相的电流和母线电流, 使用 ADC_IN8 采样母线电压 ;BLDC 无霍尔传感器算法需使用的是 ADC_IN0,ADC_IN1, ADC_IN2 和 ADC_IN3 来采样反电动势进行比较 ;MotorApp 中将使用的 ADC 各通道 GPIO 初始化封装在一个函数接口中因此在程序上电启动读取硬件配置电机工作模式后, 将在不同模式中调用该 API 借口 void Motor_ADC_Gpio_Init(void) 函数 PWDT GPIO 初始化 AC781x 的 PWDT 可用来捕获霍尔信号本文中使用 GPIO24, GPIO20, GPIO19 作为 PWDT 输入通道在带霍尔的 BLDC 和 FOC 模式下均需对 PWDT 的 GPIO 的初始化 PWDT 初始化的 API 接口为 void Motor_Hall_Gpio_Init(void) 函数, 当电机采用有感控制且传感器为霍尔时, 需在 Demo 板支持的相应电机工作模式启动初始化阶段调用执行, 将他们设置为特定 PWDT 功能口 Debug PWM GPIO 初始化 AC781x 的 PWM 可用来作为 DAC 输出观察变量, 本文中使用 PWM0 作为 debug 通道该部分初始化的 API 借口为 void Motor_Debug_Gpio_Init(void) 函数, 只需在 Demo 板支持的所有电机工作模式启动初始化阶段调用一次即可 2.2 PWM 初始化可以设置 AC781x 的 PWM 为组合 (Combine) 输出模式, 此时,PWM2_CH0~PWM2_CH5 被分为 3 对 PWM, 其中 PWM2_CH(n)~PWM2_CH(n+1) 为 1 对 (n = 0,2,4) 每对 PWM 的输出可以设置为互补输出和非互补输出 : 当设置为互补输出时候,Channel(n) 和 Channel(n+1) 输出的电平相反杰发科技机密文件杰发科技有限公司 27 /40

28 当互补输出模式禁用的时候,Channel(n) 和 Channel(n+1) 输出的电平相同 Channel(n) 的初始电平由 ELSR1:ELSR0 决定 : 当 ELSR1:ELSR0 = 1:0 时候, 当计数器计数到 CHnVR 时候,Channel(n) 的输出变高, 当计数器计数到 CH(n+1)VR 时,Channel(n) 的输出变低当 ELSR1:ELSR0 = X:1 时候, 当计数器计数到 CHnVR 时候,Channel(n) 的输出变低, 当计数器计数到 CH(n+1)VR 时,Channel(n) 的输出变高 PWM 的频率由 MCVR 决定,Duty 占空比由 CH(n+1)VR CH(n)VR 决定其配置输出 PWM 波形见图 2-3 所示图 2-3 PWM 模块典型配置示意图 (1) 是否需要使用 PWM 的互补输出模式取决于实际的硬件电路, 默认情况下 PWM 的互补模式输出是使能的以正弦波 FOC 算法为例, 调用 FOC 算法开始后, 即需要对 PWM 进行初始化配置, 其初始化 API 接口为 void FOC_PWM_Initialize(void) 函数主要是将 PWM2 模块设置为互补模式输出, 设置杰发科技机密文件杰发科技有限公司 28 /40

29 PWM 产生周期, 进行死区时间设置, 使能 PWM2 模块工作, 设置 PWM2 模块中断源及中断优先级, 并调用中断回调函数当执行 BLDC 方波控制时, 启动阶段同样需要对 PWM 进行初始化配置, 其初始化 API 接口为 void BLDC_Hall_PWM_Initialize(void) 函数需进行互补模式设置,PWM 频率和死区时间设置, 使能 PWM2 模块工作, 设置 PWM2 模块中断源及中断优先级等初始化设置等 (2) 当电机根据指令停止或启动时, 需对 PWM 输出进行重新初始化和更新, 可以使用 PWM 的输出屏蔽功能来使能 / 禁止 PWM 的输出使能 PWM 的输出 API 为 void PWM_MaskAllChannels(void), 禁止 PWM 的输出 API 为 void PWM_ClearAllOutput(void), 详细代码可参考 MotorApp 工程 2.3 ADC 初始化 AC781x 的 ADC 分为规则组和注入组, 使用规则组来进行母线电流的采样, 使用注入组来实现母线电压和相电流的采样 ; 规则组采用软件触发模式, 注入组采用外部触发模式, 在 PWM 下桥臂导通的中心开始 ADC 采样, 采集相电流 ; AC781x ADC 的数据支持 DMA 传输, 在规则组采样完后, 可以使用 DMA 将数据从 ADC 寄存器搬到 Memory 中 ; 注入组 AD 采集完后, 触发 ADC 中断, 在 ADC 中断中根据当前采样的相电流执行 FOC 算法 FOC 算法中需用 ADC 采样三相电流, 因此在电机工作模式硬件配置上选择 FOC 模式, 由按键启动电机运转执行 FOC 算法时, 需先对 ADC 模块进行初始化配置, 其初始化 API 接口为 void FOC_ADC_Initialize_Shunt(void) 函数其初始化主要包括使能 ADC 模块, 配置 ADC 中断回调函数, 根据硬件电路设置 ADC 注入组通道, 采样延迟设置, 配置 ADC 中断源及中断优先级, 使能 ADC 中断等当电机工作模式硬件配置上选择带霍尔 BLDC 模式, 执行 BLDC 方波控制时,BLDC 必须进行 ADC 模块进行初始化使能, 用于母线电流的采集, 其初始化 API 接口为 void BLDC_Hall_ADC_Init (void) 函数在该接口函数中进行使能 ADC, 设置母线电流采样 ADC 通道及采样延迟时间, 配置 ADC 中断回调函数, 配置 ADC 中断源及中断优先级等操作杰发科技机密文件杰发科技有限公司 29 /40

30 2.4 PWM 触发 ADC 功能初始化 AC781x 的 ADC 有 8 个外部触发源, 其配置寄存器定义见如下表 2-1 所示 ; 其中 PWM2 的 Init 和 Match 都能够产生触发源触发 ADC 转换表 2-1 ADC 外部触发源配置表在 FOC 运算中, 由于 PWM 的产生方式为边沿对齐, 因此需要采用 PWM2 的 Init 来触发 ADC 转换, 在下半桥导通的中心位置开始 ADC 的采样, 如下图 2-4 所示 : 因此需要做以下设置 : 图 2-4 FOC 模式 ADC 中断触发示意图杰发科技机密文件杰发科技有限公司 30 /40

31 CTU_ModuleEnable(); CTU_TriggerAdcInjectGroupByPwm2Init(); CTU_SetBusDivide(0); CTU_SetPwm2Trig2AdcDelayCnt(0); PWM_SetExternalTrigger(PWM2, 1 << 6); //CTU 使能 // 配置 PWM2 触发 ADC 中断 // 根据算法执行需要, 配置 PWM 分频系数 // 选择 PWM 触发 ADC 中断后采集延迟时间 // 使能 PWM 的 Init 触发源 2.5 TIM 初始化在电机控制中, 还会用到 Timer 定时器来定时处理一些任务, 这时候, 就需要用的 AC781x 的 Timer 模块,AC781x 有 8 个 Timer 模块, 其中 Timer0~Timer1 为 32-bit 的计数器,Timer2~Timer7 为 16-bit 的计数器, 可以根据实际的定时时间来选择合适的 Timer Motor_App 软件工程中采用 Timer0 定时作为 BLDC 方波控制模式的时基, 采用 Timer1 定时作为 FOC 控制模式的时基 BLDC 方波控制中对 Timer0 的初始化接口 API 为 void BLDC_Hall_TimerInit(void), FOC 控制中对 Timer1 的初始化接口 API 为 void FOC_TIM_Initialize(void) 两个 Timer 的初始化配置基本相同, 区别在于定时 1ms 中断后执行的回调函数不一样,Timer0 中设置的回调接口为 void BLDC_Hall_TimerTask(void), Timer1 中设置的回调接口为 void Timer1_Callback (void) 2.6 PWDT 初始化在带霍尔传感器的电机控制中, AC781x 通过 PWDT 模块来检测霍尔脉冲信号, 并同时记录正负脉冲宽度计算电机转子速度作为电流环转子位置和速度环转子速度的测量手段, 在电机控制正式闭环运算之前必先初始化 PWDT 模块保证工作正常 BLDC 方波和带霍尔 FOC 控制中均用到了 PWDT 模块, 他们对 PWDT 的初始化设置略有差异, 主要体现在两种控制模式下对 PWDT 的时钟频率需求不一样 BLDC 方波控制中对 PWDT 的初始化接口 API 为 void BLDC_Hall_PWDT_Initialize(void), 带霍尔 FOC 控制中对 PWDT 的初始化接口 API 为 void FOC_PWDT_Initialize(void), 均在电机开始启动之前进行初始化设置 2.7 DEBUG PWM 初始化在电机控制中, 需要通过 DAC 来观察变量, 可以通过 AC781x 的 PWM 来模拟, 是 PWM 作为 DAC 输出观察变量, 本文中 PWM0 作为 debug 通道, 其初始化 API 为 void FOC_DEBUG_Initialize(void), 详细代码可参考 MotorApp 工程杰发科技机密文件杰发科技有限公司 31 /40

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33 3 中断服务程序 3.1 电机过电流保护中断发生硬件过电流时触发, 将电机运行状态设置为 FAULT, 并关闭 PWM 脉冲宽度调制波输出, 保护电路板在 MotorApp 工程中,FOC 模式中加入了电机过流保护机制, 其执行 API 为 void FOC_PWM_FaultCallback(void), 发生过流触发中断时, 给出过流标志位禁止 PWM 脉冲宽度调制波输出 3.2 ADC 采样完成中断在 ADC 初始化函数中, 已为 FOC 模式和 BLDC 模式设置了相应的 ADC 中断回调函数, 因此在相应 ADC 通道完成 ADC 转换触发 ADC 中断后, 即调用相应的回调函数 FOC 模式执行时 ADC 中断调用 void Motor_Ctrl_CallBack(void) 函数, 因为 ADC 中断后即可完成采集三相电流故在回调函数 Motor_Ctrl_CallBack 中, 调用 FOC_Start() 进行 FOC 运算 BLDC 模式执行时 ADC 中断调用 void BLDC_Hall_ADC_Task(void) 函数, 在回调函数中读取母线电流 AD 值, 用于电流环闭环运算 3.3 Timer 中断在 Timer 初始化函数中, 已为 FOC 模式和 BLDC 模式设置了相应的 Timer 中断回调函数, 因此在相应 Timer 定时到出发中断后, 即调用相应的回调函数 FOC 模式执行时 Timer1 中断调用 void Timer1_Callback(void) 函数, 在回调函数中仅进行 1ms 定时标志位置位用作算法时基 BLDC 模式执行时 Timer0 中断调用 void BLDC_Hall_TimerTask(void) 函数, 在回调函数中仅进行速度环标幺及速度环 PID 运算等运算杰发科技机密文件杰发科技有限公司 33 /40

34 4 使用说明和注意事项 4.1 电流环控制 1. 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义, 为电流环 PID 参数设置默认值 : #define PID_TORQUE_KP_DEFAULT #define PID_TORQUE_KI_DEFAULT Math_IQ(0.2) Math_IQ(0.004) #define PID_TORQUE_KD_DEFAULT 0 #define PID_TORQUE_MAX_DEFAULT Q15_MAX / 2 #define PID_TORQUE_MIN_DEFAULT Q15_MIN / 2 #define PID_FLUX_KP_DEFAULT #define PID_FLUX_KI_DEFAULT Math_IQ(0.2) Math_IQ(0.004) #define PID_FLUX_KD_DEFAULT 0 #define PID_FLUX_MAX_DEFAULT Q15_MAX / 2 #define PID_FLUX_MIN_DEFAULT Q15_MIN / 2 2. 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义, 设定电机控制模式为扭矩控制模式 : #define MOTOR_CONTROL_MODE TORQUE_CONTROL_WITHOUT_SPDLIMIT 3. 通过 g_isqref 设定电流大小, 范围速度环控制 1. 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义, 为速度环和电流环 PID 参数设置默认值 : #define PID_TORQUE_KP_DEFAULT #define PID_TORQUE_KI_DEFAULT Math_IQ(0.2) Math_IQ(0.004) #define PID_TORQUE_KD_DEFAULT 0 #define PID_TORQUE_MAX_DEFAULT Q15_MAX / 2 #define PID_TORQUE_MIN_DEFAULT Q15_MIN / 2 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 34 /40

35 #define PID_FLUX_KP_DEFAULT #define PID_FLUX_KI_DEFAULT Math_IQ(0.2) Math_IQ(0.004) #define PID_FLUX_KD_DEFAULT 0 #define PID_FLUX_MAX_DEFAULT Q15_MAX / 2 #define PID_FLUX_MIN_DEFAULT Q15_MIN / 2 #define PID_SPEED_KP_DEFAULT #define PID_SPEED_KI_DEFAULT Math_IQ(0.3) Math_IQ(0.003) #define PID_SPEED_KD_DEFAULT 0 #define PID_SPEED_MAX_DEFAULT #define PID_SPEED_MIN_DEFAULT Q15_MAX Q15_MIN 2. 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义, 为电机设定转速加减速斜率 : #define ACCELERATION_RPS #define DEACCELERATION_RPS Math_IQ(0.05 * POLE_PAIR_NUM / BASE_FREQ) Math_IQ(0.05 * POLE_PAIR_NUM / BASE_FREQ) 3. 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义, 设定电机控制模式为速度控制模式 : #define MOTOR_CONTROL_MODE SPEED_CONTROL_MODE 4. 通过 g_speedmanual 设定转速大小, 范围可通过观察 g_rotationalspeed.estspeedrpm 得到电机当前运转速度杰发科技机密文件杰发科技有限公司 35 /40

36 5 用户定制化 Motor_ App 软件工程如下图 5-1 所示 : 图 5-1 Motor_App 定制化分类使用不同应用硬件进行开发可能需要做一些定制修改适配, 例如 : GPIO 的配置修改 MotorApp 软件工程 1 框图中 foc_app.c, 使软件中的 GPIO 定义符合客户当前的电路板设置适配多种硬件电路参数设置修改 MotorApp 软件工程 3 框图中 hwboard_parameters_define.h, 使软件中的电路板设置符合客户当前的电路板参数杰发科技机密文件杰发科技有限公司 36 /40

37 6 典型问题 6.1 HALL 角度自学习问题对于有霍尔传感器的应用, 在不确定 HALL 顺序的情况下, 需要进行霍尔角度自学习, 得到 HALL 次序所对应的电机角度, 下面来说明调试步骤 (1) 将电机角度获取方式设定为 HALL_SENSORS 修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义 : #define ANGLE_OBTAIN_METHOD HALL_SENSORS (2) 打开霍尔角度自学习功能修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义 : #define HALL_SENSOR_SELF_LEARN ENABLE (3) 电机上电启动霍尔自学习确认电机及霍尔与 Demo 板连接无误后上电, 点击 Start 按键, 电机启动过程中将先启动霍尔自学习功能 (4) 霍尔角度自学习过程霍尔角度自学习功能进行时, 电机会以小角度来回运转, 属于正常现象, 十个来回左右学习结束记录学习得到的 g_hallsensor. selflearnorder 和 g_hallsensor. selflearntheta 数值分别填写到修改 drive_parameters_define.h 文件中以下的宏定义 : #define HALL_SELF_LEARN_ORDER 0 #define HALL_SELF_LEARN_THETA (uint16_t)( * 330 / 360) (5) 霍尔角度自学习完成后, 关闭自学习功能修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义 : #define HALL_SENSOR_SELF_LEARN DISABLE (6) 电机负载较大时, 还需修改自学习电流值修改 drive_parameters_define.h 文件中的宏定义 HALL _SELF_LEARN_CUR 值, 设置范围为 0~ Math_IQ(0.5) (7) 影响自学习结果因素影响自学习成功与否的主要因素有 : 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 37 /40

38 1. 电机峰值电流参数 2. 电机驱动负载大小 3. 自学习电流环参数因此建议空载静止状态下启动自学习过程, 根据不同电机的技术参数更新峰值电流参数 MAX_CURRENT, 如果以上措施自学习仍然失败, 可考虑适当调整自学习电流环参数 (8) 自学习状态判断霍尔自学习模块会进行自学习情况监测, 倘若自学习失败会报霍尔自学习失败故障杰发科技机密文件杰发科技有限公司 38 /40

39 7 缩略语 BLDC Brushless Direct Current Motor 直流无刷电机 PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor 永磁同步电机 ADC Analog-to-Digital Converter 模拟数字转换器 FOC Field Oriented Control 磁场定向控制 PWM Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制波杰发科技机密文件杰发科技有限公司 39 /40

40 8 参考文档可参考的文档有 : ATC_AC781x_Motor_Demo_Board_Guide_CH.doc ATC_AC781x_MotorLib_Development_Guide_CH.doc 杰发科技机密文件杰发科技有限公司 40 /40

MCU AC781x Motor Demo Board Guide Version 2.1( )

MCU AC781x Motor Demo Board Guide Version 2.1(2019.06.18) 修订记录 2 修订版本日期作者描述 1.0 2018-11-23 Autochips Initial Version 1.1 2019-06-18 Autochips 添加 Demo 板接口描述部分目录 Demo 板简介 3 软件说明 Demo 板支持电机类型 Demo 板简介 4

ATC AC781x MotorApp Development Guide 文档版本 1.1 撰写日期 杰发科技 本文档包含杰发科技的专有信息 未经授权, 严禁复制或披露本文档包含的任何信息 由于产品版本升级或其他原因, 本文档内容会不定期进行更新

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