有传感器的正弦波控制的程序知识科普

　　一、内容
　　本期学习的主要内容结合前两期FOC的控制原理和MATLAB建模仿真的内容，对有传感器的正弦波控制程序进行一个梳理，承上启下，从而达到更好的学习效果。
　　二、知识点
　　1.电流相电流采样方式
　　针对于FOC方式控制的PMSM，主要有三种相电流采集方式，其名称及特点分别为：
　　①三电阻法：最基本的、可靠方式；
　　②单电阻法：一种低成本方式；
　　③电流传感器法：比较高成本的方式。
　　而在所给的有传感器的正弦波控制程序中，所选择的的电流采样方式为三个电阻电流取样，参数为THREE_SHUNT。在头文件STM32F10x_MCconf.h中，也给出了另外俩种电流采样方式的参数——SINGLE_SHUNT、ICS_SENSORS，并且在程序中，也给出了相关程序，具体程序如下所示，其中，子函数SVPWM_3ShuntInit（）是设置三电阻法的电流取样和PWM周期，而针对于另两种方式的初始化函数SVPWM_IcsInit（）和SVPWM_1ShuntInit（），也是对相关参数的初始化，在之后的学习中，可对这两种方式，进行试验学习。
　　#ifdef THREE_SHUNT //三个电阻电流取样
　　SVPWM_3ShuntInit（）; //设置电流取样，PWM周期
　　#elif defined ICS_SENSORS
　　SVPWM_IcsInit（）;
　　#elif defined SINGLE_SHUNT
　　SVPWM_1ShuntInit（）;
　　#endif
　　2.按键扫描程序
　　当定时器、PID等初始化结束之后，程序正式启动（即上电完成），需进行按键扫描及显示屏显示程序，程序段分别如下所示。从中，可以看出，按键扫描频率为8ms一次，具有消抖功能，且各个按键都具有各自的作用。
　　void KeyProc（）
　　{
　　U8 i;
　　if（fgKeyDeal == 0）//8ms 检测一次
　　{
　　return;
　　}
　　fgKeyDeal=0;
　　i***eyPressTime ！= 0）//长按的时间定义
　　{
　　ucKeyPressTime--;
　　}
　　fgKeyDeal= 0;
　　switch（ucKeyDat） //判断那个键按下
　　{
　　case 0：
　　i = 0;
　　break;
　　case SetKey：
　　i = SetKey;
　　break;
　　case FunKey：
　　i = FunKey;
　　break;
　　case LeftKey：
　　i = LeftKey;
　　break;
　　case RightKey：
　　i = RightKey;
　　break;
　　case UpKey：
　　i = UpKey;
　　break;
　　case DownKey：
　　i = DownKey;
　　break;
　　default：
　　i = OtherKey;
　　break;
　　}
　　if（i == ucPreKey）//判断是否跟上个键一样
　　{
　　i***eyDebouce ！= 0）//去抖动，时间6*8
　　{
　　ucKeyDebouce--;
　　return;
　　}
　　if（fgBusy）
　　{
　　if（i == NoKey）
　　{
　　fgBusy = 0; // 此处处理释放有效键
　　ucKeyNew = 0;
　　ucKeyOld = 0;
　　}
　　}
　　else
　　{
　　if（（i ！= NoKey） && （i ！= OtherKey））
　　{
　　fgBusy = 1;
　　ucKeyNew = i;
　　ucKeyOld = i;
　　}
　　}
　　}
　　else
　　{
　　ucPreKey = i;
　　ucKeyDebouce = KeyDebouce2; // 72ms
　　}
　　i***eyNew ！= 0）
　　{
　　i***eyOld ！= 0）
　　{
　　ucKeyOld = 0;
　　switch（ucKeyNew）
　　{
　　case SetKey：
　　ProcSetKey（）; //不同的按键不同的处理程序//返回按键
　　break;
　　case FunKey：
　　ProcFunKey（）;
　　break;
　　case LeftKey：
　　ProcLeftKey（）; //下键处理程序
　　break;
　　case RightKey：
　　ProcRightKey（）; //右键处理程序
　　break;
　　case UpKey：
　　ProcUpKey（）; //确认键处理程序
　　break;
　　case DownKey：
　　ProcDownKey（）; //左键处理程序
　　break;
　　default：
　　break;
　　}
　　}
　　else
　　{
　　}
　　}
　　}
　　3. 电流传感器法的空间矢量调制
　　在主函数中，当电机的启动参数和PID参数配置正确之后，电机正常启动，随后进行电流采样，并对其采样过程进行空间矢量调制，以电流传感器法为例，调制函数为SVPWM_IcsCalcDutyCycles （），具体代码如下所示，其基本思路是利用Park逆变换和Clark逆变换，计算与输入值相对应的占空比值。同理，对于另两种电流采样方式来说，都具备这个作用，而针对于三电阻法的空间矢量控制而言，其还具有为下一个周期配置AD转换器和TIM0的作用。
　　void SVPWM_IcsCalcDutyCycles （Volt_Components
　　Stat_Volt_Input）
　　{
　　u8 bSector;
　　s32 wX，wY， wZ， wUAlpha， wUBeta;
　　u16 hTimePhA=0， hTimePhB=0， hTimePhC=0;
　　wUAlpha =Stat_Volt_Input.qV_Component1 * T_SQRT3 ;//park逆变换，？
　　wUBeta =-（Stat_Volt_Input.qV_Component2 * T）;
　　wX =wUBeta;
　　wY =（wUBeta + wUAlpha）/2;//clark逆变换
　　wZ =（wUBeta - wUAlpha）/2;
　　// Sector calculation from wX， wY， wZ
　　if （wY《0）
　　{
　　if（wZ《0）
　　{
　　bSector = SECTOR_5;
　　}
　　else // wZ 》= 0
　　if（wX《=0）
　　{
　　bSector = SECTOR_4;
　　}
　　else // wX 》 0
　　{
　　bSector = SECTOR_3;
　　}
　　}
　　else //wY 》 0
　　{
　　if（wZ》=0）
　　{
　　bSector = SECTOR_2;
　　}
　　else //wZ 《 0
　　if（wX《=0）
　　{
　　bSector = SECTOR_6;
　　}
　　else // wX 》 0
　　{
　　bSector = SECTOR_1;
　　}
　　}
　　switch（bSector）
　　{
　　case SECTOR_1： //时间区间是0-4-6-7-7-6-4-0
　　case SECTOR_4： //时间区间是0-1-3-7-7-3-1-0
　　hTimePhA = （T/8） + （（（（T + wX） - wZ）/2）/131072）;
　　hTimePhB = hTimePhA + wZ/131072;
　　hTimePhC = hTimePhB - wX/131072;
　　break;
　　case SECTOR_2：
　　case SECTOR_5：
　　hTimePhA = （T/8） + （（（（T + wY） - wZ）/2）/131072）;
　　hTimePhB = hTimePhA + wZ/131072;
　　hTimePhC = hTimePhA - wY/131072;
　　break;
　　case SECTOR_3：
　　case SECTOR_6：
　　hTimePhA = （T/8） + （（（（T - wX） + wY）/2）/131072）;
　　hTimePhC = hTimePhA - wY/131072;
　　hTimePhB = hTimePhC + wX/131072;
　　break;
　　default：
　　break;
　　}
　　CR1 = hTimePhA;
　　TIM1-》CCR2 = hTimePhB;
　　TIM1-》CCR3 = hTimePhC;
　　}
　　4.FOC控制算法实现
　　为了实现FOC的矢量控制，需要对PMSM的转矩和电流进行调节，从而实现FOC矢量算法。详细代码如下所示，其基本思路是根据电流采样的Ia、Ib，通过矢量对称计算出Ic，并根据Clark和Park变换，计算出Id和Iq，，然后根据参考值 Iqs 和 Ids 来计算 e，并通过PID控制，最后使得电流环和转矩环达到平衡。
　　void FOC_Model（void）
　　{
　　#ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION
　　Volt_Components Stat_Volt_q_d_4;
　　s32 wtemp;
　　#endif
　　#if defined HALL_SENSORS
　　//Integrate Speed for rotor angle update
　　HALL_IncElectricalAngle（）;
　　#endif
　　Stat_Curr_a_b = GET_PHASE_CURRENTS（）;//取得当前电流ia，ib
　　Stat_Curr_alfa_beta = Clarke（Stat_Curr_a_b）;//clarke 变换成i_alfa，i_beta
　　Stat_Curr_q_d = Park（Stat_Curr_alfa_beta，GET_ELECTRICAL_ANGLE）;
　　#ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION
　　/*loads the Torque Regulator output reference voltage Vqs*/
　　Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1 = PID_Regulator（Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component1，Stat_Curr_q_d.qI_Component1，&PID_Torque_InitStructure）;
　　/*loads the Flux Regulator output reference voltage Vds*/
　　Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2 = PID_Regulator（Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component2，Stat_Curr_q_d.qI_Component2，&PID_Flux_InitStructure）;
　　wtemp = （s32）（Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1 + Stat_Volt_q_d_3.qV_Component1）;
　　SATURATION_TO_S16（wtemp）;
　　at_Volt_q_d.qV_Component1 = （s16）wtemp;
　　wtemp = （s32）（Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2 + Stat_Volt_q_d_3.qV_Component2）;
　　TURATION_TO_S16（wtemp）;
　　Stat_Volt_q_d.qV_Component2 = （s16）wtemp;
　　#else
　　/*loads the Torque Regulator output reference voltage Vqs*/
　　Stat_Volt_q_d.qV_Component1 =
　　PID_Regulator（Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component1，
　　Stat_Curr_q_d.qI_Component1， &PID_Torque_InitStructure）;
　　/*loads the Flux Regulator output reference voltage Vds*/
　　Stat_Volt_q_d.qV_Component2 = PID_Regulator（Stat_Curr_q_d_ref_ref.qI_Component2，
　　Stat_Curr_q_d.qI_Component2， &PID_Flux_InitStructure）;
　　#endif
　　//circle limitation
　　RevPark_Circle_Limitation（）;//限制Stat_Volt_q_d 的值
　　/*Performs the Reverse Park transformation， i.e transforms stator voltages Vqs and Vds into Valpha and Vbeta on a stationary reference frame*/
　　Stat_Volt_alfa_beta = Rev_Park（Stat_Volt_q_d）;
　　/*Valpha and Vbeta finally drive the power stage*/
　　CALC_SVPWM（Stat_Volt_alfa_beta）;
　　#ifdef FEED_FORWARD_CURRENT_REGULATION
　　Stat_Volt_q_d_2.qV_Component1 = （s16）（（Stat_Volt_q_d_2.qV_Component1*（VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1）+Stat_Volt_q_d_4.qV_Component1）/LTAGE_SAMPLING_BUFFER）;
　　Stat_Volt_q_d_2.qV_Component2 = （s16）（（Stat_Volt_q_d_2.qV_Component2*（VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1）+Stat_Volt_q_d_4.qV_Component2）/VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER）;
　　#endif
　　#ifdef FLUX_WEAKENING
　　Stat_Volt_q_d_1.qV_Component1 = （s16）（（Stat_Volt_q_d_1.qV_Component1*（VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1）+Stat_Volt_q_d.qV_Component1）/OLTAGE_SAMPLING_BUFFER）;
　　Stat_Volt_q_d_1.qV_Component2 = （s16）（（Stat_Volt_q_d_1.qV_Component2*VOLTAGE_SAMPLING_BUFFER-1）+tat_Volt_q_d.qV_Component2）/OLTAGE_SAMPLING_BUFFER）;
　　#endif
　　}
　　三、总结
　　本期的学习主要是在原理和仿真的学习之后，对有传感器的正弦波控制的程序进行进一步的学习理解，总的来说，对有感正弦波部分有了更深的理解。之后的学习将是从有感向无感的过渡。