小猫爪:PMSM之FOC控制03-Matlab生成代码,MCU验证

本文介绍了如何将Matlab中的FOC(磁场定向控制)模型转换为C代码并移植到MCU进行验证。首先展示了模型搭建过程,包括反Clark和反Park变换的实现,然后详细阐述了代码生成的步骤,如调整数据类型、选择硬件支持包,并最终在MCU上运行验证,实现了Clark和Park变换的成功转化。

PMSM之FOC控制03-Matlab生成代码,MCU验证

1 前言

  因为不管在Matlab中搞得多么花里胡哨,不把它用起来,多多少少有点虚,那么怎样把Matlab中的算法移植到MCU中进行验证呢,下面就来干这个事情。

2 模型搭建

  直接上图,总图:
在这里插入图片描述
  foc_control内部框图:
在这里插入图片描述
  因为是测试,所以我是这么干的,先使用一个反Park变换和反Clark变换产生一个三相波形,其中反Clark模块内容如下:

在这里插入图片描述
  产生的三相波形如下:
在这里插入图片描述
  再来看看Clark变换的输出:
在这里插入图片描述
  Park变换的输出:
在这里插入图片描述
  到了这个时候,在matlab中的验证就结束了。

2 代码生成

  在代码生成前,还需要做一件事情,matlab默认的数据类型都是double类型,因为生成的代码是需要在32位的单片机上运行的,所以我们需要把matlab模块中的一些输入输出数据类型改成single类型,举个例子如下:
在这里插入图片描述
  改造完如下:
在这里插入图片描述
  随后就可以生成代码了,右击foc_control模块,选择C/C++ Code->Embedded Coder Quick Start:
在这里插入图片描述
  注:如果没有这个选项或者这个选项是灰色的,但是就说明你目前的matlab没有完整licence或者没有安装安装。

  出现了界面后,一直点,一直点,直到出现设置硬件类型时,选择相应的硬件类型:
在这里插入图片描述
  注:有些MCU产商会有自己的电机驱动库,比如TI,ST,NXP,会把一些函数进行优化重写,比如一些三角函数等math函数,这个时候可以通过安装相应的板载支持包,然后设置相应的硬件板载。

  可以通过安装插件安装板载支持包:
在这里插入图片描述
  然后在Model Settings里面选择相应的Hardware support,如果MATLAB中没有你想要的芯片,那么就随便选一个吧,我就选了NXP的K64。
在这里插入图片描述
  然后就是一直继续,直到生成成功,如果中途遇到一些问题卡住了,可以直接下载我的例子:
FOC_Control_Matlab_MCU.7z

  如果生成成功,会生成相应的文件,如下:
在这里插入图片描述
  接下来,就是把相应的.c.h文件移植到MCU中了。如下:
在这里插入图片描述
  打开生成的文件,稍微阅读一下就可以看出matlab生成代码的一些规则,比如rtU为输入,rtY为输出等等,需要细细品味。

  下面是我的测试函数:
在这里插入图片描述
  然后让其运行起来,将结果输出,可以看到下面的结果:
在这里插入图片描述
  可以看出Clark和Park变换成功了。

END

使用Simulink生成磁场定向控制FOC代码的过程可以分为以下几个关键步骤,涵盖模型设计、仿真验证代码生成。 ### 1. 建立FOC控制模型 首先需要在Simulink中搭建完整的磁场定向控制模型。该模型通常包括以下模块: - **坐标变换模块**:实现Clarke变换和Park变换,将三相电流转换为同步旋转坐标系下的直流量Id和Iq。 - **PI控制器模块**:用于调节d轴和q轴的电流信号,以达到所需的转矩和磁链控制效果。 - **脉宽调制(PWM)模块**:根据计算出的Ud和Uq值,生成相应的开关信号,驱动电机的三相桥臂。 这些模块可以通过Simulink提供的标准模块库(如SimPowerSystems或Motor Control Blockset)快速构建[^2]。 ### 2. 模型仿真与参数调整 在完成模型搭建后,应进行仿真分析,验证控制算法的正确性和稳定性。通过设置不同的负载条件、速度参考值或扰动输入,观察系统的动态响应,对PI控制器参数进行优化调整,以确保系统具有良好的稳态精度和动态性能[^1]。 ### 3. 配置自动代码生成环境 为了从Simulink模型自动生成可部署到嵌入式控制器的代码,需配置以下内容: - **选择目标编译器**:使用Embedded Coder工具,选择适合目标硬件的编译器。 - **设置代码生成选项**:定义变量类型、函数接口、优化级别等。 - **指定目标硬件平台**:例如TI的C2000系列DSP或STMicroelectronics的STM32系列MCU。 Simulink提供了丰富的代码生成模板和硬件支持包,用户可以根据具体应用需求进行定制化设置。 ### 4. 自动代码生成与部署 完成配置后,使用Simulink的`Generate Code`功能直接生成C语言代码生成代码可以直接下载到目标控制器中运行,或者进一步集成到现有的控制系统软件架构中。 ```matlab % 示例命令行生成代码 slbuild('YourFOCModelName'); ``` 此外,也可以通过外部模式(External Mode)实时调试控制器行为,从而在不中断运行的情况下修改参数观察结果。 ### 5. 硬件在环测试与验证 最后,在实际部署前建议进行硬件在环(HIL)测试,以确保生成代码能够在真实硬件上稳定工作。此过程有助于发现潜在的时序问题或资源冲突,提高系统可靠性。 ---
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