DSP以及电机控制的总结

断断续续，搞了一段时间的电机控制，随着手里的项目基本结束，感觉可能很久都不会再接触电机了，虽然积累的知识和经验并不多，还错误百出，但是做一个总结还是非常有必要的。

无刷直流电机(BLDC)
  这种电机，反电动势为梯形波，通常采用的控制方法是六步换向。通过检测霍尔电平，判断换向次序。霍尔有两种摆放位置，60度或者120度。

对于120度的霍尔，霍尔次序为231546

对于60度的霍尔，霍尔次序为673104

要使电机反转，只需要对霍尔取反即可

除此之外，虽然理论上无刷直流电机的反电动势为梯形波，但是实际上我手里的几个无刷直流电机，反电动势却是正弦波，没有深入探究原因。但是因为是正弦波，所以我在做无感FOC控制的时候，可以使用和永磁同步电机的FOC无感控制完全一致的程序。

永磁同步电机(PMSM)

 

        永磁同步电机的反电动势为正弦波，所以需要使用FOC控制的方式。FOC的基本控制流程为：检测三相电流，然后对其做clarke变换，转换到两轴极坐标系，再做park变换，转换到相对转子静止的d、q坐标系。然后，对d、q进行pid调制后，再依次做反park变换和反clarke变换，转换到三轴坐标系，再将结果输入svpwm模块来控制逆变器。

  通过以上流程可以看出，要实现算法，需要进行电流采集，以及角度采集。其中，角度采集用于park变换和反park变换。电流采集和电压采集是一样的，因为电压等于电流乘电阻。另外，只需要采集两相电流即可(基尔霍夫电流定律)。
  电流采集没有太多需要解释的，一般用霍尔电流传感器即可，如果使用电阻采样，注意电阻一般接在下半桥上，需要下半桥的场效应管闭合才能采样，在epwm的计数器到零中断你们获取电压即可。对于角度采集。我在项目中使用过旋变和磁编。我不太明白它们的底层原理，但是知道一些它们的使用方式。

  旋变需要一个解码芯片（其实也可以软解，但是算法太阴间了），我用的AD2S1205，它与旋变相连，输出角度和速度给dsp，网上资料比较多，很容易找到教程什么的。

  在使用角度传感器之前，需要判断传感器的0位，可以将电机的U相接到电源正极，V、W相接到电源负极，这时电机会自动转到一个位置，这时角度传感器的读数就是0位。

  磁编用的…(忘记了,也懒得查)，磁编不能直接输出速度，但是它不需要解码芯片，比较方便，不过我手里的磁编总是坏，他们说是这地方风水不好（静电？），我也没找到其它原因，就暂时相信了吧。

  驱动电机的PWM波频率为10k，多点少点其实无所谓。要控制电机转速，其实就是控制q轴电压，d轴电压始终控制为0。要使电机反转，就是控制q轴电压为负值。所谓的d，q轴，其实是数学上虚拟的轴，不用太在意实际意义。

电机的无感控制

所谓的无感，并不是没有传感器，而是指电机里面没有传感器。对于BLDC电机，因为我手里的BLDC电机有点奇怪（反电动势为正弦波），所以，就当成PMSM电机玩了。对于PMSM电机，分为表贴式和内嵌式。对于表贴式电机，相电感Ls=Ld=Lq，对于内嵌式电机，这三个值不等。判断一个电机是标贴式还是内嵌式，可以将电机拆开，转子外面贴有磁铁，就是表贴式，磁铁插到转子里面，就是内嵌式。

无感控制的关键就是要获得角度信息，根据永磁同步电机的电压电流公式可知，角度信息包含在反电动势中。反电动势不可以直接测量，需要根据电流信息估算得到。估算的算法为SMC(滑膜)算法。还有其它算法可以估算反电动势（比如拓展卡尔曼滤波，没看懂），但是SMC是最简单的了，代码短的感人，不到10行……

TI公司的代码里面有滑膜算法的实现，也可以看看microchip的文档AN1078。有了反电动势后，做一次低通滤波+反正切就可以得到角度。但是，滤波会导致角度延迟，需要进行角度补偿，通过实验得到即可，要注意的是，不同转速的补偿值不同，管它的，差不多能转就行。实际上不补或者补个平均值也行，就是转起来有噪音，并且电流大些。还有，C语言的atan函数会丢失像限信息，为了方便，可以使用atan2函数。

电机的无感启动

通过反电动势来估算角度的前提就是要有反电动势，而反电动势要转起来才会有….我测试了两个电机，一个小功率电机和一个大功率电机。小功率电机不需要特殊的无感启动方案，抖一抖就自己转起来了，而大功率电机，有概率一直抖，转不起来，即使转起来了，方向也有可能是反的。要无感启动，可以采用V/F启动。V是指电压，也就是q轴电压。F是角度(频率?)。通过增大q轴电压，以及角度增大的速度，即可使电机开环转起来。通过上面的描述可以知道，电压增大的速度，角度增大的速度，都是通过实验得到的（或许可以通过计算，但是我不会），不同的电机可能不同，甚至不同的带载情况也可能不同，需要慢慢调。另外，还需要确定电机的初始位置，参照上面的角度传感器0位获得方法，让电机强行旋转到0位即可。

  对于内嵌式的电机，可以使用高频注入的方式来启动，但是因为我手里没有这种电机，所以没做探究。

电机参数测量

一般情况下，电机参数测定是由设计电机的工程师来做的，然后通过阅读电机参数文档即可知道。但是也可以自己测(如果有沟通上的困难的话)。

测Ls：随便两相，接在电感表(LCR测试仪)上，然后读数除以2。

测Rs：随便两相，接在电阻表(万用表的电阻档)上，然后读数除以2。

测Ld、Lq：需要电机转起来，随便接两项，测得的最大电感除以2为Lq，最小电感除以2为Ld。

  注意，以上方法测得的数据是不准确的，但是用来做滑膜控制算法的参数基本够了。如果需要准确数据，我不知道怎么测。

DSP工程的建立

  大致就是创建一个工程，然后把controlSUITE里面的DSP2833x_common和DSP2833x_headers加入到工程里面去。Cmd文件使用DSP2833x_Headers_nonBIOS.cmd和F28335.cmd或者28335_RAM_lnk.cmd。

  其中F28335.cmd会使得代码烧进dsp的flash中，掉电不丢失，而28335_RAM_lnk.cmd为在ram中运行，掉电丢失。

使用延时函数

dsp中有些函数必须在ram中运行，比如DELAY_US函数。所以，如果使用烧录的方式运行，这些函数需要手动移入ram中才行。具体方法为在InitSysCtrl()函数调用之后，添加以下两行代码：
    MemCopy(&RamfuncsLoadStart, &RamfuncsLoadEnd,&RamfuncsRunStart);
    InitFlash();

使用快速浮点运算库

  dsp28335自带了一些用于快速浮点运算的函数，比如sincos函数，这些函数通过查表实现(dsp内部的rom中就有这些表，不用的话就浪费了)，速度很快，标准库可能是通过级数展开来算的。从controlSUITE里面把lib文件和头文件移入工程即可，注意不要将源文件和汇编文件移进去了，那些是用来编译lib文件的。另外，还需要在编译脚本(makefile)里面确保rts2800_fpu32_fast_supplement.lib的链接在rts2800_fpu32.lib之前，这样程序才会真的调用快速浮点运算库，而不是调用标准库。可以在编译后查看自动生成的map文件，里面指明了每个函数的来源，可以确保真的使用了快速浮点运算库。

增大代码段RAM空间

  dsp28335内部的ram其实挺大的，但是默认空闲了很多ram，导致如果仿真运行的时候代码太多，默认的ram装不下，无法仿真运行。如果写代码的时候发现代码段不能全部装进ram中，可以配置下仿真用的cmd文件，把空闲的ram用起来。如果想要烧录运行的时候也想把大量代码放入ram中运行，那么烧录用的cmd文件也需要配置。

使用串口

串口的难点在于波特率计算。dspf28338使用的是30M的晶振，经过锁相环10倍频，再经过2分频，最后的到的LSPCLK（低速外设时钟频率）为150Mhz。假设要配置的波特率为9600，那么实际需要设置的sciband值为：150Mhz / 4 / 9600 / 8 = 488.28125，也就是488。其它波特率依次类推。

使用定时器

  定时器的使用是比较简单的，只需要设置低速外设时钟频率(150Mhz)和定时周期即可。

使用AD

  dsp28335有两个ad转换器，各有8个通道，共16个通道。这里设置成顺序采样，并且设置软件触发中断，然后在读取数据前通过轮询来判断中断为是否被设置。注意读取完数据后要清除中断标记位，以开始下一次采样。网络上一些程序使用epwm模块来自动触发中断采样，也行，实测最终效果一样。但是使用软件触发中断的方式，看起来耦合性更低些。

配置EPWM

Epwm可以配置成增减计数方式，事件发生后为计数增，增计数值过cmpa之后，电平为高，减计数器值过cmpa后，电平为低。死区要配置成AHC模式，也就是延长电平上升前的低电平时间，以及在电平下降前提前下降。延长时间和提前时间根据实际电机参数而定，一般2.5微妙即可。可以配置计数器到0事件，事件发生后进入中断，在中断函数里面进行电机控制相关的计算。pwm的频率配置成10k，有些文档上建议配置成20k。

一些其它细节

  如果使用dsp的定点运算库，可能会算的快些，TI的SMC代码里面就用了Q15格式的定点数来代替浮点运算，但是我实际在项目中没有使用，速度也还行，没有碰到瓶颈。另外，浮点一定要使用(float)float32，使用(double)float64会严重拖慢速度。

这次项目使用的电机电压均为24V。如果使用高压电机，可能逆变板上会有自举升压电路，这时需要在运行前以及运行中对自举电容充电，控制方式会有一些改变，不过因为这次没接触到，故不做探究。

 

  另外，标准的FOC控制需要对转速和q轴电压分别进行PID调节，而我只对速度和d轴电压进行了PID调节，PID参数也是随便设置的，反正项目要求能转能控速就行。
  dsp默认不会对中断进行嵌套，但是也需要做一些措施来防止竞争冒险，比如，在和中断共用一个变量时，需要关中断。
  还有好多没搞懂的东西的说，不过电机能转了，以后有机会再研究吧，看起来这个以后可能不会太久。