FOC控制霍尔角度处理

记录自己手写带霍尔FOC角度线性差值处理

这里假设电机控制的霍尔角度是间隔120°电角度安装,得到的霍尔信号值的变化规律是1->3->2->6->4->5.这个涉及到霍尔的安装位置,网络上有很多资料,这里不再赘述.

这里差值我用的最基本的线性差值来处理,因为霍尔安装的位置是由差异的,所以是取了平均值,然后从微观的角度看,速度很难出现大的突变,可以近似的理解为相邻的两个扇区的时间是接近的,在进行加速或者减速的时候不会出现剧烈变化。出现堵转需要用电流来判断 ,这种线性差值得到的霍尔角度很难处理。

因为每个扇区是60°电角度,每个扇区的时间是T,那每一个刻度就是60/T,我们在FOC控制中断里面不停的累加这个刻度,就可以得到线性的角度,然后在扇区切换时对角度进行补偿。

下面是代码

结构体及宏定义

#define HALL_BUFFER_LEN			8				//取平均值的数组大小
#define HALL_ZERO_CW_OFFSET		5			//正转补偿角度--未使用
#define HALL_ZERO_CCW_OFFSET	(-5)	//反转补偿角度--未使用



struct FOC_HALL
{
	uint8_t signal;		//霍尔信号值
	uint8_t lastSignal;	//上一次的霍尔信号值
	uint8_t err;	//记录霍尔信号错误
	uint32_t BufferCount;	//平均值计数
	uint32_t Buffer[HALL_BUFFER_LEN];	//缓存区间
	uint32_t BufferSum;	//缓存输出结果
	uint32_t SectCount;			//每个霍尔周期的计数器
	
	float SecotrAngel;	//单个扇区里面差值出的角度
	float angle;			//线性差值得到的角度
	float speed;			//电机电转速  r/pm
	float lastSpeed;	//上一个周期电转速
	float AccSpeed;		//电机电转速加速度
	uint16_t Peroid; 	//每个扇区的持续时间
	uint16_t Count;		//计数器
};


函数实现

#define PI		(3.141526535f)        //Pi的数学的定义

struct FOC_HALL Foc_Hall_Ctrl;


/*!
*@prototype void Foc_Hall_Init(void)
*@param[in] none
*@return none
*@brief 霍尔信号处理初始化
*/
void Foc_Hall_Init(void)
{
		Foc_Hall_Ctrl.AccSpeed = 0.0f;
		Foc_Hall_Ctrl.lastSpeed = 0.0f;
		Foc_Hall_Ctrl.angle = 0.0f;
		Foc_Hall_Ctrl.signal = 1;
		Foc_Hall_Ctrl.SecotrAngel = 0.0f;
		Foc_Hall_Ctrl.speed = 0.0f;
	
		Foc_Hall_Ctrl.BufferSum = 500;

		
}	


/*!
*@prototype void FOC_HallAngle_Change(struct FOC_HALL* ptr)
*@param[in]  Pointer For Hall FOC
*@return none
*@brief 模拟霍尔信号值变化,这里后面可以放在霍尔中断里面更新实际的霍尔信号
*/
uint8_t sectos[6] = {1 ,3, 2, 6 ,4 ,5};
uint8_t Cnt = 0;
void FOC_HallAngle_Change(struct FOC_HALL* ptr)
{

		//模拟信号值变化按照120度霍尔安装,1->3->2->6->4->5
		ptr->signal = sectos[Cnt];

		Cnt = (Cnt + 1) % 6;
		

		
}

/*!
*@prototype void Foc_HallAngle_Calc(struct FOC_HALL* ptr)
*@param[in] Pointer For Hall FOC
*@param[in] flag: Secotr Changed
*@return none
*@brief 进行电角度估算,这个需要放在FOC中断里面
*/
void Foc_HallAngle_Calc(struct FOC_HALL* ptr ,uint8_t flag)
{
    				int i = 0, sum = 0;
			
					//扇区出现切换
				if(flag)
				{
					switch(ptr->signal)
					{
						case 1:
							ptr->angle = 0 + ptr->SectCount * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum;
							break;
						case 2:
							ptr->angle = PI / 3 * 2 + ptr->SectCount * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum ;
							break;
						case 3:
							ptr->angle = PI / 3 * 1 + ptr->SectCount  * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum;
							break;
						case 4:
							ptr->angle = PI / 3 * 4 + ptr->SectCount  * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum;
							break;
						case 5:
							ptr->angle = PI / 3 * 5 + ptr->SectCount * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum ;
							break;
						case 6:
							ptr->angle = PI / 3 * 3 + ptr->SectCount  * 2* PI / 6 / ptr->BufferSum;
							break;
					}
				}
				
		ptr->SectCount++;

		//角度大小固定到0~2 * PI
		if(ptr->angle >=  2 * PI)
		{
				ptr->angle -= 2 *PI;
		}
		
				if(ptr->signal != ptr->lastSignal)
		{
				ptr->lastSignal = ptr->signal;
				
				//计算平均值
				if(ptr->BufferCount >= HALL_BUFFER_LEN)
				{
						ptr->BufferCount = 0;
				}
				ptr->Buffer[ptr->BufferCount++] = ptr->SectCount;
				ptr->SectCount = 0;
				for(i = 0;i < HALL_BUFFER_LEN;i++)
				{
						sum += ptr->Buffer[i];
				}
				ptr->BufferSum = sum / HALL_BUFFER_LEN;
		}
}

测试函数

uint16_t Hall_Peroid = 200;
uint16_t Hall_Cnt = 0;
uint8_t HallSecChangeflag = 0;
int8_t Acc;

//1ms执行一次
static void TestHallSignal(void)
{
		if(Hall_Cnt >= Hall_Peroid)
		{
				FOC_HallAngle_Change(&Foc_Hall_Ctrl);
				Hall_Cnt = 0;
				HallSecChangeflag = 1;
				Foc_Hall_Ctrl.SecotrAngel = 0.0f;
				Foc_Hall_Ctrl.Count = 0;
			
					//控制加速,最快10ms60°
				if(Acc == 1)
				{
						if(Hall_Peroid >= 15)
						{
								Hall_Peroid -= 5;
						}
						else
						{
								Hall_Peroid = 10;
						}
				}
				else if(Acc == -1)	//控制加速,最慢500ms60°
				{
						if(Hall_Peroid <= 500)
						{
								Hall_Peroid +=5;
						}
						else
						{
								Hall_Peroid = 500;
						}
				}
			
		}
		else
		{
				Hall_Cnt++;
		}
		

		
		
		Foc_Hall_Ctrl.Peroid = Hall_Peroid;
		Foc_Hall_Ctrl.speed = 1.0f * 1000 / (6 * Hall_Peroid); //转换成rpm 
		Foc_Hall_Ctrl.AccSpeed = Foc_Hall_Ctrl.speed - Foc_Hall_Ctrl.lastSpeed;
		Foc_Hall_Ctrl.lastSpeed = Foc_Hall_Ctrl.speed;

}

测试结果

恒定转速运行,红色的扇区号,绿色的估算的电角度

模拟减速过程,扇区的间隔时间5ms递增

模拟加速过程,扇区间隔每个5ms递减

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