STM32 2.0电机库中文说明文档.pdf

发布时间：2022-06-15 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.42M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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简介

特征

1工具

1.1 工作环境

1.2 软件工具

1.3 源代码库

1.3.1 更新

1.3.2 文件结构

1.4 自定义 STM32F103xx 系列工作区

2无传感器 FOC 的永磁电机介绍

2.1 永磁同步电机磁场定向控制驱动器简介

2.1.1 永磁电机结构

2.1.2 永磁同步电机基本方程

2.1.3 SM-PMSM 磁场定向控制（FOC）

2.1.4 IPMSM 的最大转矩电流比（MTPA）的控制

2.1.5 前馈电流调节

2.2 无传感器的转子位置/速度反馈简介

2.3 弱磁控制简介

3 运行演示程序

3.1 转矩控制模式

3.2 速度控制模式

3.3 电流和速度调节器的调整

3.4 弱磁 PI 控制器的调节

3.5 观测器和 PLL 增益调节

3.6 DAC 的功能

3.7 电源反馈（Power stage feedbacks）

3.8 故障信息

3.8.1 过流

3.8.2 过热

3.8.3 总线过压

3.8.4 总线欠压

3.8.5 启动失败

3.8.6 错误的速度反馈

3.9 在单分流拓扑结构和使用 MB459B 电路板的系统设置

3.10 使用 ICS 时的系统设置

3.10.1 PHASE_A_ADC_CHANNEL 和 PHASE_B_ADC_CHANNEL 的选择

3.11 使用编码器时的系统设置

3.12 使用霍尔传感器时的系统设置

3.13 先进无传感器系统开发

3.14 使用制动电阻时的系统设置

3.14.1 如何对制动电阻运行配置 FOC 软件库

3.14.2 如何对制动电阻运行修改 MB459 板

3.15 调试工具的注意事项

4 库的入门

4.1 库的配置文件：stm32f10x_MCconf.h

4.2 驱动控制参数：MC_Control_Param.h

4.3 增量编码器参数： MC_encoder_param.h

4.4 霍尔传感器参数: MC_hall_prm.h

4.5 状态观测器参数: MC_State_Observer_param.h

4.5.1 状态观测器参数

4.5.2 启动参数

4.5.3 统计参数

4.6 永磁同步电机（PMSM）参数：MC_PMSM_motor_param.h

4.6.1 基本电机参数

4.6.2 无传感磁场定向控制（FOC）电机参数

4.6.3 弱磁运行的额外参数

4.6.4 IPMSM 驱动优化（MTPA）的额外参数

4.6.5 用于前馈、高性能电流控制的额外参数

5 函数库

5.1 三相电阻拓扑电流采集和空间矢量 PWM 产生：stm32f10x_svpwm_3 shunt 模块

5.1.1 可用函数列表

5.1.2 空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）运行

5.1.3 三相分流拓扑电流采集和通用 A/D 转换

5.1.4 三相分流电阻拓扑结构中调节延时参数和定子电流采集

5.2 单相电阻拓扑电流读取和空间矢量 PWM 产生：stm32f10x_svpwm_1shuntmodule

5.2.1 可用函数列表

5.2.2 单相分流拓扑电流采集

5.2.3 定义干扰参数和边界区域

5.2.4 性能

5.3 隔离电流传感器读取和空间矢量的PWM产生：stm32f10x_svpwm_ics module

5.3.1 可的函数列表和中断服务程序

5.3.2 隔离电流传感器拓扑和通用 A/D 转换的整合中电流采集

5.4 PMSM (SM-PMSM / IPMSM) 磁场定向控制：MC_FOC_Drive and MC_FOC_Methods 模块

5.4.1 可用 C 函数列表

5.5 参考坐标转换：MC_Clarke_Park 模块

5.5.1 可用 C 函数列表

5.5.2 详解参考坐标系转换

5.5.3 循环限制

5.6 编码器反馈理：stm32f10x_encoder 模块

5.6.1 可用函数列表和中断服务程序

5.7 霍尔传感器反馈理：stm32f10x_hall 模式

5.7.1 可用函数列表

5.7.2 速度测量实施

5.7.3 电角度推算方法

5.8 无传感器速度/ 位置检测：MC_State_Observe 和MC_State_Observer_Interface 模块

5.8.1 可用 C 函数列表

5.9 PID 调节器：MC_PID_regulators 模块

5.9.1 可用函数列表

5.9.2 PID 调节器理论背景

5.9.3 调节器采样时间设定

5.9.4 电机频率与速度定义循环 Ki，Kp，Kd 的调节

5.10 通用目的时间基准：stm32f10x_Timebase 模块

5.10.1 可用函数列表与中断服务程序

5.11 功率级核查: MC_MotorControl_Layer 模块

5.11.1 函数列表

5.12 主中断服务程序：stm32f10x_it module

5.12.1 非空中断服务程序列表

附录 A 附加信息

A.1 调节运行 FOC 算法相关负载

A.2 基于单相或三相分流电阻配置的 PWM 频率选择更新重复频率

A.3 固定点数字代表

A.4 磁通和转矩电流 PI 增益优先决策

A.5 调节电流调节器

A.6 静态观测增益优先策略

A.7 速度格式

A.8 MMI（最大调制指数）：自动计算

A.9 参考文献

UM0492 用户手册 STM32F103xx 永磁同步电机磁场定向控制 (PMSM FOC)软件库 V2.0 简体中文版 *本手册由优易特电子公司根据 ST 公司的 UM0492 文档，组织翻译而成，仅为方便用户学习使用，如有错误，请以英文原稿为准。 *优易特电子技术支持邮箱：uet@u-easytech.com

UM0492 用户手册 STM32F103xx 永磁同步电机磁场定向控制(PMSM FOC)软件库 V2.0 简介本用户手册介绍了永磁同步电机（PMSM）FOC 软件库，STM32F103xx 微控制器就是针对磁场定向控制（FOC）3 相永磁电机固件库开发的。这些 32 位，ARM 的 Cortex™- M3 的芯 ST 微控制器（STM32F103xx）附带一套外围设备，使之适用于永磁交流同步电机和交流异步电机磁场定向控制。特别是，本手册介绍了STM32F103xx 软件库发展到可以控制外置型或嵌入型或在扭矩和速度两个控制模式下控制正弦波驱动永磁电机。这些电机可能配备一编码器，具有三个霍尔传感器或者他们可能无传感器。在 UM0483 用户手册中介绍了具有编码器或测速发电机的交流感应电机的控制。永磁同步电机磁场定向控制库是由几个 C 语言的模块构成，并列装 IAR EWARM 5.20，Keil 公司的 RealView MDK 3.22a 和 Green Hills 5.03 工作区。它是用来同时快速评估 MCU 和可用的工具。此外，当和 STM32F103xx 电机控制入门套件（STM3210B- MCKIT）及永磁电机一起使用时，可以让电机在很短的时间运转起来。它通过提供立即可用功能，也省去了 FOC 发展的耗时和速度调节的需要，让用户专注于应用层。而且，因为有了转子位置重构无传感器算法，它可能不需要任何速度传感器。使用这个库的一个先决条件是要懂得 C 语言程序设计的基础知识，永磁电机驱动器和功率逆变器的硬件的基本知识。需要定制现有模块和添加一个新型的完整应用开发时才需要深入了解 STM32F103xx 功能。图 1 显示了固件结构图。它广泛使用 STM32F103xx 标准库，但当需要优化执行速度和代码大小时它也直接作用于硬件设备的外围设备。图1 固件结构图

目录 1 工具 .......................................................... 7 1.1 工作环境 ...................................................................................................................... 7 1.2 软件工具 ...................................................................................................................... 7 1.3 源代码库 ...................................................................................................................... 8 1.3.1 更新 .................................................................................................................. 8 1.3.2 文件结构........................................................................................................... 8 1.4 自定义 STM32F103xx 系列工作区............................................................................... 8 2 无传感器 FOC 的永磁电机介绍 ...................................10 2.1 永磁同步电机磁场定向控制驱动器简介.................................................................10 2.1.1 永磁电机结构.................................................................................................11 2.1.2 永磁同步电机基本方程.................................................................................12 2.1.3 SM-PMSM 磁场定向控制（FOC）....................................................................13 2.1.4 IPMSM 的最大转矩电流比（MTPA）的控制..................................................14 2.1.5 前馈电流调节.................................................................................................16 2.2 无传感器的转子位置/速度反馈简介.......................................................................17 2.3 弱磁控制简介 ............................................................................................................18 3 运行演示程序 .................................................20 3.1 转矩控制模式 ............................................................................................................20 3.2 速度控制模式 ............................................................................................................22 3.3 电流和速度调节器的调整.........................................................................................23 3.4 弱磁 PI 控制器的调节...............................................................................................24 3.5 观测器和 PLL 增益调节.............................................................................................25 3.6 DAC 的功能 .................................................................................................................26 3.7 电源反馈（Power stage feedbacks）...................................................................26 3.8 故障信息 ....................................................................................................................27 3.8.1 过流 ................................................................................................................27 3.8.2 过热 ................................................................................................................28 3.8.3 总线过压.........................................................................................................28 3.8.4 总线欠压.........................................................................................................28 3.8.5 启动失败.........................................................................................................28 3.8.6 错误的速度反馈.............................................................................................28 3.9 在单分流拓扑结构和使用 MB459B 电路板的系统设置...........................................29 3.10 使用 ICS 时的系统设置...........................................................................................29 3.10.1 PHASE_A_ADC_CHANNEL 和 PHASE_B_ADC_CHANNEL 的选择........................30 3.11 使用编码器时的系统设置.......................................................................................30 3.12 使用霍尔传感器时的系统设置...............................................................................32 3.13 先进无传感器系统开发...........................................................................................33 3.14 使用制动电阻时的系统设置...................................................................................34 3.14.1 如何对制动电阻运行配置 FOC 软件库.......................................................35 3.14.2 如何对制动电阻运行修改 MB459 板...........................................................35 3.15 调试工具的注意事项...............................................................................................36 4 库的入门 .....................................................37 4.1 库的配置文件：stm32f10x_MCconf.h.....................................................................37

4.2 驱动控制参数：MC_Control_Param.h.....................................................................40 4.3 增量编码器参数： MC_encoder_param.h...............................................................43 4.4 霍尔传感器参数: MC_hall_prm.h...........................................................................44 4.5 状态观测器参数: MC_State_Observer_param.h...................................................45 4.5.1 状态观测器参数.............................................................................................46 4.5.2 启动参数.........................................................................................................47 4.5.3 统计参数.........................................................................................................48 4.6 永磁同步电机（PMSM）参数：MC_PMSM_motor_param.h.......................................49 4.6.1 基本电机参数.................................................................................................49 4.6.2 无传感磁场定向控制（FOC）电机参数.......................................................50 4.6.3 弱磁运行的额外参数.....................................................................................50 4.6.4 IPMSM 驱动优化（MTPA）的额外参数..........................................................51 4.6.5 用于前馈、高性能电流控制的额外参数.....................................................51 5 函数库 .......................................................53 5.1 三相电阻拓扑电流采集和空间矢量 PWM 产生：stm32f10x_svpwm_3 shunt 模块53 5.1.1 可用函数列表.................................................................................................53 5.1.2 空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）运行.......................................................56 5.1.3 三相分流拓扑电流采集和通用 A/D 转换.....................................................58 5.1.4 三相分流电阻拓扑结构中调节延时参数和定子电流采集.........................59 5.2 单相电阻拓扑电流读取和空间矢量 PWM 产生： stm32f10x_svpwm_1shunt module ............................................................................................................................................63 5.2.1 可用函数列表.................................................................................................63 5.2.2 单相分流拓扑电流采集.................................................................................67 5.2.3 定义干扰参数和边界区域.............................................................................69 5.2.4 性能 ................................................................................................................71 5.3 隔离电流传感器读取和空间矢量的 PWM 产生：stm32f10x_svpwm_ics module.72 5.3.1 可用的函数列表和中断服务程序.................................................................72 5.3.2 隔离电流传感器拓扑和通用 A/D 转换的整合中电流采集.........................74 5.4 PMSM (SM-PMSM / IPMSM) 磁场定向控制：MC_FOC_Drive and MC_FOC_Methods 模块 ........................................................................................................................................75 5.4.1 可用 C 函数列表.............................................................................................76 5.5 参考坐标转换： MC_Clarke_Park 模块.................................................................82 5.5.1 可用 C 函数列表.............................................................................................83 5.5.2 详解参考坐标系转换.....................................................................................85 5.5.3 循环限制.........................................................................................................87 5.6 编码器反馈处理：stm32f10x_encoder 模块......................................................88 5.6.1 可用函数列表和中断服务程序.....................................................................88 5.7 霍尔传感器反馈处理：stm32f10x_hall 模式........................................................91 5.7.1 可用函数列表.................................................................................................91 5.7.2 速度测量实施.................................................................................................93 5.7.3 电角度推算方法..............................................................................................96 5.8 无传感器速度/位置检测：MC_State_Observe 和 MC_State_Observer_Interface 模块 ........................................................................................................................................96 5.8.1 可用 C 函数列表.............................................................................................96

5.9 PID 调节器：MC_PID_regulators 模块.................................................................100 5.9.1 可用函数列表...............................................................................................101 5.9.2 PID 调节器理论背景....................................................................................101 5.9.3 调节器采样时间设定...................................................................................102 5.9.4 电机频率与速度定义循环 Ki，Kp，Kd 的调节.........................................103 5.10 通用目的时间基准：stm32f10x_Timebase 模块................................................105 5.10.1 可用函数列表与中断服务程序.................................................................105 5.11 功率级核查: MC_MotorControl_Layer 模块......................................................107 5.11.1 函数列表.....................................................................................................107 5.12 主中断服务程序：stm32f10x_it module...........................................................110 5.12.1 非空中断服务程序列表.............................................................................110 附录 A 附加信息 ...............................................112 A.1 调节运行 FOC 算法相关负载...................................................................................112 A.2 基于单相或三相分流电阻配置的 PWM 频率选择更新重复频率...........................113 A.3 固定点数字代表 ......................................................................................................113 A.4 磁通和转矩电流 PI 增益优先决策.........................................................................114 A.5 调节电流调节器 ......................................................................................................116 A.6 静态观测增益优先策略...........................................................................................118 A.7 速度格式 ..................................................................................................................118 A.8 MMI（最大调制指数）：自动计算.........................................................................119 A.9 参考文献 ..................................................................................................................121 修订史 ........................................................122 www.st.com ..................................................124

永磁同步电机磁场定向控制软件库 2.0 版的特征（CPU 运行在 72MHz） l 支持速度反馈： - 传感器 - 间隔 60°或 120 °配置霍尔传感器 - 正交增量编码器 l 电流取样方法： - 两个相互隔离的电流传感器（ICS） - 单一，通用直流环节分流电阻 - 在三个逆变器底部间隔处放置三个分流电阻 l 优化的永磁同步电动机和凸极永磁同步电动机驱动器 l 磁场减弱 l 前馈，高性能的电流调节 l 用于跟踪最重要的软件变量的 DAC 功能 l 制动电阻的管理 l 转速调节控制模式 l 转矩调节控制模式 l 16 位的空间矢量 - PWM 频率易于调整 - 中心型 PWM 模式 - 17.6KH 时的 11 位分辨率 l “先验“所有必要参数的规则，对固件通用化是必须的 l 在 3 分流/无传感器配置（10KHz FOC 的采样率）下 CPU 负载低于 22％ l 在 3 分流/无传感器情况下为 LCD /操纵杆的管理，配置代码大小约为 12.5Kbytes 外加 11.5Kbytes

1 工具为了使用永磁同步电机磁场定向控制软件库，开发一个关于永磁同步电机的应用程序，您必须建立一个完整的开发环境，如下文所述。同时，您需要上运行 Windows XP 的 PC 机。 1.1 工作环境当使用使用的主要的硬件板时，包括 STM3210B- MCKIT 入门套件（一个完整的逆变器和控制电路板），永磁同步电机磁场定向控制软件库完全的生效。该 STM3210B- MCKIT 入门套件为新建工程和使用软件库提供了一个理想工具包。因此，为了快速使用和评价用户手册介绍的软件，建议首先获取入门工具包。该库由 IAR EWARM v. 5.20, KEIL RVMDK v. 3.22 和 Green Hills MULTI v. 5.0.3 工作区提供。使用 IAR 进行详细验证，同时可以使用其他工具链进行简单的功能验证。您可以针对任何其他工具链手动设置设置您的工作空间。 1.2 软件工具一个完整的软件包包括： l 第三方集成开发环境（IDE） l 一个第三方 C 编译器 l JTAG 调试和编程接口利用微控制器的 JTAG 界面，使用大多数的工具链就能进入在线调试会话框。每个工具链都可以由一个连接 PC 机和目标应用程序的界面来提供。 JTAG 接口也可用于在线 MCU 的编程。其他编程程序可以从第三方获得。图2 用于调试和编程的JTAG界面

1.3 源代码库 1.3.1 更新在新项目开始之前，强烈建议检查是否有最新的版本库，然后要随时的检查所有版本注释，以便于了解到对您的项目有用的新特征。在 ST 网站上注册后可以自动获取更新。 1.3.2 文件结构永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制（FOC）软件库包含了前面提到的工具链的工作区间。点开文件，包含的库结构就会显现出来，如图 3 所示。图3 文件结构 STM32 FOC 固件库 V2.0 文件夹包含 3 相（带传感器或无传感器）永磁同步电机（PMSM）和带传感器的交流感应电机固件库。该 STM32F10xFWLIB 夹包含了 STM32F103xx 标准库。该 inc 文件夹包含头文件，src 文件夹包含了控制电机的源文件库。最后，EWARM，RVMDK 和 MULTI 的每个文件夹包含各自的工具链结构文件，外加上一个 lib 文件夹， lib 文件夹包含两个编译的目标文件模块： MC_State_Observer 和 MC_FOC_Methods。根据要求，从 ST 来的完整的源文件完全免费。不要犹豫联系离你最近的 ST 销售办事处或支持小组。 1.4 自定义 STM32F103xx 系列工作区永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制（ FOC）软件库是针对 STM32F103VB6 的。但是，它应用在 STM32F103xx 系列产品上同样成功。

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