STC-FOC Lite程序详解-程序自校准
本帖最后由 王昱顺 于 2024-10-31 11:43 编辑本篇文章致力于对STC-FOC Lite的原版代码进行详尽的原理解释，并且提出更改/移植/裁剪建议，方便大家对这个项目进行更加适配自己的个性化更改。 因为在组装过程中，总是会出现很多的误差，亦或者是需要适应不同的电机。所以，自校准就变得十分重要。不然的话，还需要使用其他的方式来获得参数并且填入电机的固定参数中。虽然这样也不会浪费多少时间，但在电机数量多起来之后，还是会让人感觉麻烦。 所以，给程序加入自动校准功能就显得十分必要，在有感FOC中，需要获得的电机参数无非就是电机的极对数、方向、磁铁安装产生的零点误差，接下来分别解释一下这几个参数。 首先是电机的极对数：无刷电机的极对数定义为电机内部磁极的配对数量，其决定了电机的同步转速。极对数的增加将导致电机同步转速的降低，但同时能提供更大的扭矩输出。反之，较少的极对数使得电机同步转速升高，扭矩输出相对较小。在无刷电机设计中，常见的极对数包括一对、两对（高速应用），7对极（更加常见）。 然后是电机的方向：这里大家可能会问了，电机的方向不是程序主动控制嘛？为什么还需要校准方向呢？这里主要是因为电机驱动线的焊接顺序。因为焊接的时候并没有规定过三根驱动线的焊接顺序。所以只要有任意两根线与我这边调试时的顺序不一致，便有可能导致电机反转。并且，这种反转在电机的控制上是十分致命的，因为这会导致计算电角度的时候产生不正确的计算结果，进而导致电机乱转不受控制。 所以，校准方向就是通过开环的转动来比较我这边的初始定义方向，如果一致就定义为正1，否则就定义为负1，进而完成所有类型线序的正确驱动。 最后一个是电机的零点：在有感磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）电机驱动技术中，转子磁铁零点校准问题显得尤为关键，其目的在于确保电机转子位置与控制器参考坐标系的精确同步。该校准过程对于电机的运行性能和效率具有决定性影响。因为并不能保证每次的磁铁安装跟转子坐标系的零点严格对应，所以便需要将这个偏差找出来，并且通过算法补偿进电角度控制中，进而在接下来的计算中得到正确的电角度。 接下来，看一下实际的代码，并且进行详细的解释。// 线程10，自动辨识电机编码器方向-极对数-零点偏差
Task = 10; // 线程10
switch (Task_This)
{
case 0: // 步骤0
if (Auto_Look_Moto_Config_Flag) // 进入自动参数辨识
{
Run_Flag = 0; // 关闭运行标志，调用手动运行
Mode = OpenLoop_Mode; // 调整为开环模式
Dir_Flag = 1; // 设定绝对方向
simulation_angle = 0; // 设定虚拟角度初始值
setTorque(0.6, simulation_angle); // 手动运行，200ms时间进行稳定
Delay(400); // 延时400ms，占用步骤1，非堵塞方式
}
break;
case 2: // 步骤2
_auto_start = _angle_this_dat; // 稳定后，读取当前单圈绝对角度
_auto_one_flag = 1; // 设定单圈标志位
Run_Flag = 1; // 启动运行
Task_This++; // 进入下一个环节
break;
case 3: // 步骤3
if (_auto_one_flag == 0)
{
Run_Flag = 0; // 关闭运行状态
_auto_diff = (_angle_this_dat - _auto_start); // 锁存记忆当前位置
if (_auto_diff < -(Encode_bit_Max / 2))
_auto_diff += Encode_bit_Max; // 过零补偿
if (_auto_diff > (Encode_bit_Max / 2))
_auto_diff -= Encode_bit_Max;
Task_This++; // 到达单圈后进行记忆转过的角度
}
break;
case 4: // 步骤4
if (_auto_diff > 0) // 判断开环转动角度正向自增
moto_save.dir = 1; // 设定dir为正
else
moto_save.dir = -1; // 设定dir为负
moto_save.pp = (u8)(fabs((float)Encode_bit_Max / (float)_auto_diff) + 0.5);
// 设定极对数，+0.5，取整
Task_This++; // 完成dir和pp参数读取，进行零点校准
break;
case 5: //步骤5
setTorque(0.7, Zero_Dat); // 手动运行，零点校准
Delay(1000); // 等待稳定时间
break;
case 7: //步骤7
moto_save.zero = _normalizeDat(_angle_this_dat * moto_save.dir * moto_save.pp);
// 写入零点校准值
Delay(100); // 非堵塞延时
break;
case 9: //步骤9
setTorque(0, 0); // 松劲
moto_save.save_ok = 1;// 设置保存标志
Set_Buffer(&moto_save); // 写入EEPROM缓冲区
Task_This++;
break;
case 10: //步骤10
ICacheOff(); // 关闭高速指令缓存
Delay(10); // 非堵塞延时，等待关闭完成
break;
case 12: //步骤12
EEPROM_SectorErase(0); // 清除EEPROM
EEPROM_write_n(0, (u8 *)moto_save.buffer, 6); // 写入数据
Auto_Look_Moto_Config_Flag = 0; // 清除标志位
Mode = Default_Mode; // 恢复运动模式
IAP_CONTR = 0x20; // 重新复位
Task_This = 0; // 完成参数辨识，返回
break;
default:
Get_Delay(); // 空闲步骤时，进行时间到达查询判断，完成非堵塞延时
break;
}
首先，当_auto_one_flag变量值为0时，程序将执行关闭运行状态标志Run_Flag的操作。随后，计算当前位置与初始位置的差值，并进行过零补偿处理。若差值超出编码器最大值的一半，则执行相应的补偿调整。完成差值计算后，程序将递增任务计数器Task_This，以标记完成了一圈的校准过程。 在步骤4中，程序根据差值的正负判断电机的转动方向，并据此设置moto_save.dir标志。接着，计算极对数并将其赋值给moto_save.pp。任务计数器Task_This递增，以标识dir和pp参数的设置完成。 步骤5涉及执行手动指定位置运行操作，运行到零点，并进行零点校准。程序将等待一段时间以确保转子达到稳定状态。步骤7中，程序计算并记录零点校准值至moto_save.zero变量。之后，程序执行短暂的非堵塞延时。 在步骤9中，程序停止施加扭矩，设置保存标志moto_save.save_ok，并将数据写入EEPROM缓冲区。任务计数器Task_This递增，以标识保存操作的完成。 步骤10将关闭高速指令缓存，并等待其完成，以方便后续的EEPROM操作。 步骤12中，程序清除EEPROM内容，写入校准数据，清除自动校准标志位Auto_Look_Moto_Config_Flag，恢复默认运动模式，并执行复位操作。最终，任务计数器Task_This被重置为0，以标识校准流程的完成。
在默认情况下，程序执行Get_Delay()函数以实现非堵塞延时，完成空闲步骤的等待。
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