STC-FOC Lite程序详解-程序自校准

王***

      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[Task])
{
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[Task]++;             // 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[Task]++; // 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[Task]++; // 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[Task]++;
    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[Task] = 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;
}
复制代码

      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。

晚***