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手把手移植 simpleFOC (四)：pwm 六相 篇_setphasevoltage

作者：从前慢现在也慢 | 2024-03-16 07:22:00

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setphasevoltage

文章目录

前言

今天移植的内容，为定时器生在pwm，能按矢量数据控制电机到相应的位置

一、定时器的配置

通读了simpleFoc的代码，准备让定时器1生成的pwm波为20KHz,中心对齐模式3，三个通道均工作在模式1，极性为高电平，即TIMx_CNT < TIMx_CCRx时OCxREF信号为高，输出为高电平。

工作频率设定

预设：20KHz，由于是中心对齐模式，周期即是常规设定的2倍，那么ARR=f_timer/(2*f_pwm)

f_timer： 即是定时器工作主频，未分频，即为72MHz

f_pwm： 即是要设定的pwm的频，20KHz

那么ARR=72000000/(2*20000) = 1800

配置如下：

 三个通道均工作在模式1，极性为高电平

二、移植代码

1.添加代码

由于原理图设计为pwm三通道驱动，即将BLDCDriver3PWM.cpp，BLDCDriver3PWM.h添加到编译工程即可，并新增两个文件stm32_mcu.cpp,stm32_mcu.h，为BLDCDriver3PWM作底层接口

2.修改代码，嫁接定时器

 初始化部分：

  由于都是stm32cubeMX根据需要生成的驱动代码，原代码对管脚初始化部分即可删除或屏蔽。

  1. // init hardware pins
  2. int BLDCDriver3PWM::init() {
  3.   // PWM pins
  4.   // pinMode(pwmA, OUTPUT);
  5.   // pinMode(pwmB, OUTPUT);
  6.   // pinMode(pwmC, OUTPUT);
  7.   // if( _isset(enableA_pin)) pinMode(enableA_pin, OUTPUT);
  8.   // if( _isset(enableB_pin)) pinMode(enableB_pin, OUTPUT);
  9.   // if( _isset(enableC_pin)) pinMode(enableC_pin, OUTPUT);
  10.  
  11.  
  12.   // sanity check for the voltage limit configuration
  13.   if(!_isset(voltage_limit) || voltage_limit > voltage_power_supply) voltage_limit =  voltage_power_supply;
  14.  
  15.   // Set the pwm frequency to the pins
  16.   // hardware specific function - depending on driver and mcu
  17.   params = _configure3PWM(pwm_frequency, pwmA, pwmB, pwmC);
  18.   initialized = (params!=SIMPLEFOC_DRIVER_INIT_FAILED);
  19.   return params!=SIMPLEFOC_DRIVER_INIT_FAILED;
  20. }

L6234使能部分

由于原理图的该芯片的en管脚为mcu统一管控，会影响到BLDCDriver3PWM::setPhaseState该函数，并且该函数只对 Trapezoid_120 、Trapezoid_150两种模式调制调用，貌似方波输出（该部分不是重点，没有深入，暂时忽略），BTN8982版是分开控制，或L6234版后续再改一版。

  1. // enable motor driver
  2. void  BLDCDriver3PWM::enable(){
  3.     // enable_pin the driver - if enable_pin pin available
  4.     HAL_GPIO_WritePin(m0_en_GPIO_Port, m0_en_Pin, GPIO_PIN_SET);
  5.     // set zero to PWM
  6.     setPwm(0,0,0);
  7. }
  8.  
  9. // disable motor driver
  10. void BLDCDriver3PWM::disable()
  11. {
  12.   // set zero to PWM
  13.   setPwm(0, 0, 0);
  14.   // disable the driver - if enable_pin pin available
  15.  HAL_GPIO_WritePin(m0_en_GPIO_Port, m0_en_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  16.  
  17. }
  1. // Set voltage to the pwm pin
  2. void BLDCDriver3PWM::setPhaseState(PhaseState sa, PhaseState sb, PhaseState sc) {
  3.   // disable if needed
  4.   if( _isset(enableA_pin) &&  _isset(enableB_pin)  && _isset(enableC_pin) ){
  5.     //该模式在 Trapezoid_120 Trapezoid_150里调用  由于三个引脚连在一起了，暂时屏蔽该功能
  6.     // digitalWrite(enableA_pin, sa == PhaseState::PHASE_ON ? enable_active_high:!enable_active_high);
  7.     // digitalWrite(enableB_pin, sb == PhaseState::PHASE_ON ? enable_active_high:!enable_active_high);
  8.     // digitalWrite(enableC_pin, sc == PhaseState::PHASE_ON ? enable_active_high:!enable_active_high);
  9.   }
  10. }

驱动层接入

将第一章节定时器配置生成的代码MX_TIM1_Init赋予给

void* _configure3PWM(long pwm_frequency,const int pinA, const int pinB, const int pinC)，本例是将内容复制粘贴过来了 并全输出低电平，并且启动定时器

  1. void* _configure3PWM(long pwm_frequency,const int pinA, const int pinB, const int pinC) {
  2.   // if (numTimerPinsUsed+3 > SIMPLEFOC_STM32_MAX_PINTIMERSUSED) {
  3.   //   SIMPLEFOC_DEBUG("STM32-DRV: ERR: too many pins used");
  4.   //   return (STM32DriverParams*)SIMPLEFOC_DRIVER_INIT_FAILED;
  5.   // }
  6.   if( !pwm_frequency || !_isset(pwm_frequency) ) pwm_frequency = _PWM_FREQUENCY; // default frequency 25khz
  7.   else pwm_frequency = _constrain(pwm_frequency, 0, _PWM_FREQUENCY_MAX); // constrain to 50kHz max
  8.   // center-aligned frequency is uses two periods
  9.   pwm_frequency *=2;
  10.  
  11.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */
  12.  
  13.   /* USER CODE END TIM1_Init 0 */
  14.  
  15.   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  16.   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  17.   TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  18.   TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
  19.  
  20.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */
  21.  
  22.   /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
  23.   htim1.Instance = TIM1;
  24.   htim1.Init.Prescaler = 0;
  25.   htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED3;
  26.   htim1.Init.Period = SystemCoreClock/pwm_frequency;
  27.   htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  28.   htim1.Init.RepetitionCounter = TIM_1_RCR;
  29.   htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  30.   if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
  31.   {
  32.     Error_Handler();
  33.   }
  34.   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  35.   if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  36.   {
  37.     Error_Handler();
  38.   }
  39.   if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
  40.   {
  41.     Error_Handler();
  42.   }
  43.   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;
  44.   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  45.   if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  46.   {
  47.     Error_Handler();
  48.   }
  49.   sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  50.   sConfigOC.Pulse = 0;
  51.   sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  52.   sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
  53.   sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  54.   sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
  55.   sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
  56.   if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  57.   {
  58.     Error_Handler();
  59.   }
  60.   if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
  61.   {
  62.     Error_Handler();
  63.   }
  64.   if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK)
  65.   {
  66.     Error_Handler();
  67.   }
  68.   sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_ENABLE;
  69.   sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSR_ENABLE;
  70.   sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;
  71.   sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 10;
  72.   sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;
  73.   sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
  74.   sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
  75.   if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)
  76.   {
  77.     Error_Handler();
  78.   }
  79.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */
  80.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,0);
  81.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_2,0);
  82.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_3,0);
  83. 					
  84.   HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
  85.   HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);
  86.   HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);
  87.  
  88.   /* USER CODE END TIM1_Init 2 */
  89.   HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);
  90.   return 0;
  91. }

 修改void _writeDutyCycle3PWM(float dc_a,  float dc_b, float dc_c, void* params）函数。

该函数的主要功能是根据相电压对于mos管的工作电压dc_bus的比率，设定pwm通道的TIMx_CCRx值，即完成pwm输出高电平的占空比。

  1. // function setting the pwm duty cycle to the hardware
  2. // - BLDC motor - 3PWM setting
  3. //- hardware speciffic
  4. void _writeDutyCycle3PWM(float dc_a,  float dc_b, float dc_c, void* params){
  5.   // transform duty cycle from [0,1] to [0,4095]
  6.   //float pwm_range = SystemCoreClock/pwm_frequency;
  7.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,_PWM_RANGE*dc_a);
  8.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_2,_PWM_RANGE*dc_b);
  9.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_3,_PWM_RANGE*dc_c);
  10.  
  11. }

 三、调试

1、设定三相电压值

电机转到相应的位置，即说明驱动正常了。

  1. extern "C" {
  2.  
  3.  
  4. // BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(pwmA, pwmB, pwmC, Enable(optional));
  5. BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 5, 6, 8);
  6.  
  7.  
  8.  
  9. void setup() {
  10.  
  11.  
  12.   driver.voltage_power_supply = 24;
  13.   // limit the maximal dc voltage the driver can set
  14.   // as a protection measure for the low-resistance motors
  15.   // this value is fixed on startup
  16.   driver.voltage_limit = 0.8;
  17.   driver.init();
  18.   driver.enable();
  19.  
  20.  
  21.   Serial.begin(115200);
  22.   Serial.println("Motor ready!");
  23.   Serial.println("Set target position [rad]");
  24.   _delay(1000);
  25. }
  26.  
  27. void loop() {
  28. 	
  29.     driver.setPwm(3,6,5);
  30.     
  31. }

 driver.voltage_limit = 0.8   由于本人使用的是5008高功率电机，相电阻很小，这里的限制一定要小，不然L6234发烫，电机工作也不正常。该值可以从小到大慢慢调，如果电机转不动或抖动，慢慢往上加。

 2、六相驱动调试

改动loop代码，让六相循环驱动起来，电机就会转起来了。

  1. void loop() {
  2.  
  3.     static int sixPhase_seq = 0;
  4.  
  5.     switch(sixPhase_seq%6)
  6.     {
  7.       case 0:{driver.setPwm(1,0,0);}break;  //100
  8.       case 1:{driver.setPwm(1,1,0);}break;  //110
  9.       case 2:{driver.setPwm(0,1,0);}break;  //010
  10.       case 3:{driver.setPwm(0,1,1);}break;  //011
  11.       case 4:{driver.setPwm(0,0,1);}break;  //001
  12.       case 5:{driver.setPwm(1,0,1);}break;  //101
  13.     }
  14.    
  15.     sixPhase_seq++;
  16.   
  17.     _delay(20);
  18.     
  19. }

这代码里的1和0，代表输出三相的电压值，也体现了六桥通断的逻辑，如果是云台电机可将driver.voltage_limit设高一点，并将这里的1，设定高一些数字。

simpleFoc 六相(移植成功）

总结

本章从定时器的设置到电机能按六相位转动起来，基本为后续的开环，闭环控制作好了硬件基础。

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