小猫爪：PMSM之FOC控制07-有传感器的速度环

1 前言

  前面已经实现了电流闭环，这篇文章趁热打铁，直接给它加上速度环让这个系统称为经典的双闭环，让电机呼呼呼的转起来，加入速度环也是非常的简单。

2 加入速度环

  加入速度环后，仿真就变成了这样：

  因为拿到了真实的角度和速度，所以Park变换中的$\theta$就是真实的电机转子位置了。

  还可以看到速度环放在foc_control的外面，为啥不跟之前的foc_control放一起呢？这里就存在一个算法执行频率的问题，前面提到SVPWM的调制周期一般在10K~20K之间，所以ADC的采样频率也应该在10K ~20K，等于SVPWM的调制周期，这样可以让调制更加平滑，因为电流是会跟着SVPWM的占空比变化而急剧变化的，但是电机的转速就不一样了，电机的转速响应速度相比较电流那可慢太多了，还有一点就是在实际应用过程中，转速的采样频率也很慢，所以不需要速度环的PID执行频率那么频繁，一般100Hz ~1K就够用的很了，这主要取决于电机的额定转速。所以在这里我给它剔除出来，作为两个部分，方便后面移植。

  速度环的框图如下：

  在这里就有人要问了，那速度环的PI参数怎么整定啊，有没有啥公式啊？速度环公式如下：
$$K_p=\frac{\beta J}{1.5P{\psi }_f},K_i=\beta K_p$$其中$\beta$为转动带宽，$J$为转动惯量，$P$为极对数。

  至于它的推导在这里我就不多嘴了，因为我都是靠猜的，我个人是不太相信这个公式的，但是肯定是有参考意义的，大家感兴趣的请参考这篇文章：https://www.renrendoc.com/paper/111324721.html。

  关于PID参数整定，我只能送大家一首我从网上抄来的PD顺口溜，我只能帮到这里了。

参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线震荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大弯，比例盘度往小扳 曲线偏离恢复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把积分降下来 动差大来波动慢，微分时间应加长 理想曲线两个波，前后高低四比一 一看二调多分析，调节质量不会低

  
  下面来看看速度环的效果，速度环响应：

  Id和Iq:

  波形看着是那么的完美，双闭环系统成功。

3 传感器获取转子位置的思路

  算法已经实现完毕，接下来就是将算法移植到硬件中试试水了，这里就牵扯到一个非常重要的问题，电机的转速以及转子位置怎么通过传感器得到呢？这是一个非常重要的问题。关于常用的速度传感器无外乎有两种，编码器和霍尔传感器。

3.1 编码器

  编码器的原理非常简单，分为A,B,Z相信号，这个实现就非常简单了，通过A,B相的相位差判断正反转，通过A，B其中一相信号的累加得到位置，位置对时间微分就可以得到速度，可以通过Z相信号作为绝对位置的校准信号。简直不要太简单。

  编码器的原理细节可以参考这篇文章：《编码器》。

3.2 霍尔位置传感器

  众所周知，霍尔位置传感器的6个状态将电机位置分成了6个位置扇区，每两个状态的切换的时刻那就代表了0°，60°，120°，180°，240°，300°，这六个位置点我们可以精确得到，那其他的点怎么确定呢？跟简单，那就是猜啊。怎么猜？可以根据两个状态间的切换时间估算出当前电机的速度，然后用当前扇区初始位置值加上估算的速度乘上运行时间。两个状态间的切换时间以及运行时间可以由速度采样的周期得到。等到下一个状态切换的时候再次校准位置和估算速度值。简直不要简单。

  霍尔位置传感器的原理细节可以参考这篇文章：《霍尔传感器在无刷直流电机中的应用》。

4 移植

  因为有感双闭环太简单了啊，这里就不移植了，等后面说无感的时候再移植吧。

  注：还有一点非常重要，不管是编码器还是霍尔位置传感器得到的位置都是其传感器的值，此时并不是电机转子的实际值，所以从传感器那里得到位置值需要再加上一个偏置，让这个值无限接近转子位置值？聪明的人就要问了，那这个偏置到底多大呀？ 那我也不知道呀，还是那句话，不知道的就得猜。开玩笑的，这个真的不能猜，嘿嘿嘿。但是可以试出来，就是首先让电机无速度环转起来，给定一个Iq, 但是位置信号还是来源于传感器，一次次的改变偏置，看电机的转速，当在同等Iq条件下，电机速度达到最大值的时候，这个时候的偏置就是最佳值。

  附上文中所用仿真：FOC_Control_doubleLoop.7z

END