代码收藏家 深入学习单片机和无刷电机的笔记
单片机和无刷电机学习笔记
单片机主要使用stm32，是学习的一个记录而已.
电机控制中要搞清楚的概念
目前主要是单电阻/双电阻/三电阻采样的优劣点，及使用注意事项；霍尔传感器六状态及MOS驱动顺序的推导过程；怎样用磁传感器模拟霍尔传感器，得出六状态。
一、单电阻和三电阻
主要参考FOC 电流采样方案对比
1。电流采样方式的对比
| 电流采样 | 成本 | 算法 |
|---|---|---|
| 单电阻 | 低 | 复杂 |
| 双电阻 | 适中 | 适中 |
| 三电阻 | 高 | 低 |
2。采样关键
需要在高端关闭，低端打开时进行采样。这是采样点。因为采样还需要时间，因此需要一个采样窗口，在此窗口内，低端不能关闭。单电阻，双电阻采样的pwm因为因保留采样窗口，因此不能达到100%.而三电流采样则可以采样存有采样窗口的两相，重构第三相(Ia+Ib+Ic=0)。因此不存在采样窗口，所以PWM可以达到100%.
窗口采样时间 Tp=Tdead + Ton + Tsample + Max(Tring ,TtrigDelay)
3。采样点
三电阻采样：
以ST单片机举例，timer的channel1,2,3作为通道的输出，channel4作为采样点的触发。chaanel四为中心点pwm的中心点。
不
双电阻采样：
需要为adc采样留下足够的采样时间，所以pwm不能100%
单电阻采样：
在一个pwmm周期中进行了两次采样，每次采样都是不同相的电流。
相位和相电流的对应关系如下图：
| 开关状态 | AH | BH | CH | 电流 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | IA |
| 2 | 1 | 1 | 0 | -IC |
| 3 | 0 | 1 | 0 | IB |
| 4 | 0 | 1 | 1 | -IA |
| 5 | 0 | 0 | 1 | IC |
| 6 | 1 | 0 | 1 | -IB |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
采样点的计算如下图：
即第一点：pwm产生的三个channel时间中，当mid-min>Tdead+Tring+Tsample时，采样点为（min+mx+Tdead)/2,
小于时，则mid-TringDelay-Tsample
第二点：当max-mid>Tdead+Tring+Tsample时，采样点为（max+mid+Tdead)/2,小于时，则为（max-Tringdelay-Tsample).
二、霍尔传感器及驱动序列推导
参考生成用于无刷直流 (BLDC) 电机的六步换相的开关序列（https://ww2.mathworks.cn/help/mcb/ref/sixstepcommutation.html）
图中，Hall a处检测出转子位置为4(1,0,0),即转子的N端正对着Hall a.
Hall a,b,c逆时针120度摆放。这样随着转子转动一圏，会产生六个状态，即将一圏分成六个相限。
如上图所示，A相线圈与hall a对齐，B相与hall b对齐，C相对齐hall c.转子当处于状态4(1,0,0)时，若需转动，则需要产生与转子垂直的力矩。
在状态4时，B，C相导通时，产生的磁场即与转子垂直。B->C或C->B,则转子是不同的转向。
如下图，从状态4开始逆时针旋转。
| 状态 | AA’ | BB’ | CC’相 |
|---|---|---|---|
| 4(100) | 00 | 10 | 01 |
| 6(110) | 01 | 10 | |
| 2(010) | 01 | 10 | |
| 3(011) | 01 | 10 | |
| 1(001) | 10 | 01 | |
| 5(101) | 10 | 01 |
这里面还有一个旋转方向的问题，需仔细琢磨。若反向旋转，则导通关系颠倒一下即可。
这里所的推倒基于hall与线圈对齐，事实上hall与绕圈经常相差30度或60度。
用磁传感器代替hall传感器
hall传感器的作用是判断转子的位置。转子转一圈，位形成六个转子位置状态，在每个位置新形成时，我们需要使定子产生的磁场与转子垂直。转动方向确定后，在每亩个位置状态，MOS管的导通方向都是确定的。而且我们知道每个状态后面的一个状态是什么，因此我们虽然是根据hall状态数进行mos管的驱动，其实是内部将hall的状态进行了编码。如上表所示，即逆时针转的改变顺序是：100->110->010->011->001->101->100,则若用此传感器，则状态的表示则是角度，即：
0（110）–> 60（110）->120(010) ->180(011)->240(001)-300(101)->0(100).
要注意的是，初次使用时，磁感器需要进行校准，即获取安装时的位置信息，校准方法如下：
总结
根据板子的硬件设计，确定六个状态的MOS管驱动方法，是第一步。
作者：ashang2002
