永磁同步电机的电角度是怎么计算的？

一.内容
结合程序，学习并理解相关函数的主要作用和实现方法。
二. 知识点


HALL状态的读取
u8 ReadHallState(void)
{  
u8 ReadValue;
#if defined(TIMER2_HANDLES_HALL)     
ReadValue= (u8)(GPIO_ReadInputData(GPIOA));  
ReadValue = ReadValue & GPIO_MSK;
#elif defined(TIMER3_HANDLES_HALL)  
ReadValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_6);  
ReadValue |= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_7)<<1;  
ReadValue |= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_8)<<2;       
ReadValue &=GPIO_MSK;
#elif defined(TIMER4_HANDLES_HALL)  
ReadValue = ((u8)(GPIO_ReadInputData(GPIOA))>>6) & GPIO_MSK;
#endif   return(ReadValue);
}


HALL状态的读取理解起来还算简单，他是根据转子磁性输出数字量，一个霍HALL在一个电周期内只会输出两种状态，三个HALL就会形成６种状态（有两种状态不存在），对应SVPWM中６个扇区。
2. 电角度的计算


void HALL_Init_Electrical_Angle(void)
{
#if (HALL_SENSORS_PLACEMENT == DEGREES_120)
switch(ReadHallState())
{  
case STATE_5: hElectrical_Angle =(s16(S16_PHASE_SHIFT+S16_60_PHASE_SHIFT/2);    break;
case STATE_1: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT+S16_60_PHASE_SHIFT+ S16_60_PHASE_SHIFT/2); break;  
case STATE_3: hElectrical_Angle=(s16)(S16_PHASE_SHIFT+S16_120_PHASE_SHIFT+ S16_60_PHASE_SHIFT/2);break;  
case STATE_2: hElectrical_Angle=(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_120_PHASE_SHIFT-  S16_60_PHASE_SHIFT/2); break;  
case STATE_6: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_60_PHASE_SHIFT- S16_60_PHASE_SHIFT/2); break;  
case STATE_4: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_60_PHASE_SHIFT/2);          break;      
default:break;  
}
#elif (HALL_SENSORS_PLACEMENT == DEGREES_60) switch(ReadHallState())
{   
case STATE_1: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT+S16_60_PHASE_SHIFT/2);    break;  
case STATE_3: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT+S16_60_PHASE_SHIFT+ S16_60_PHASE_SHIFT/2); break;  
case STATE_7: hElectrical_Angle=(s16)(S16_PHASE_SHIFT+S16_120_PHASE_SHIFT+ S16_60_PHASE_SHIFT/2);break;  
case STATE_6: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_120_PHASE_SHIFT- S16_60_PHASE_SHIFT/2);break;  
case STATE_4: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_60_PHASE_SHIFT- S16_60_PHASE_SHIFT/2);break;  
case STATE_0: hElectrical_Angle =(s16)(S16_PHASE_SHIFT-S16_60_PHASE_SHIFT/2);              break;      
default: break;  
}
#endif
}


在源文件中，定义了#define HALL_PHASE_SHIFT (s16) 90，来作为电机Hall A的上升沿到电机A相反电动势最高点的延迟角度为同步电角度，而后再根据HALL传感器获得不同的位置信息，来计算出各自位置的电角度。
3. Clarke_Park变化
Clark变化：


Curr_Components Clarke(Curr_Components Curr_Input)
{  
Curr_Components Curr_Output;  s32 qIa_divSQRT3_tmp;  
s32 qIb_divSQRT3_tmp ;
s16 qIa_divSQRT3;  
s16 qIb_divSQRT3 ;  
Curr_Output.qI_Component1= Curr_Input.qI_Component1;  
qIa_divSQRT3_tmp = divSQRT_3 * Curr_Input.qI_Component1; //电流平方根3  
qIa_divSQRT3_tmp /=32768;   
qIb_divSQRT3_tmp = divSQRT_3 * Curr_Input.qI_Component2;  
qIb_divSQRT3_tmp /=32768;  qIa_divSQRT3=((s16)(qIa_divSQRT3_tmp));                                  
qIb_divSQRT3=((s16)(qIb_divSQRT3_tmp));                                  
Curr_Output.qI_Component2=(-(qIa_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3));  
return(Curr_Output);
  }


由之前的学习可以知道，Clark变化的计算公式是


在程序中，便是通过这两个公式来实现的


Curr_Output.qI_Component1= Curr_Input.qI_Component1;
Curr_Output.qI_Component2=(-(qIa_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3)-(qIb_divSQRT3));


其中qIa_divSQRT3和qIb_divSQRT3分别是对和除以处理后的变量，从而实现了Clark变化。
Park变化：


`Curr_Components Park(Curr_Components Curr_Input, s16 Theta)
{  
Curr_Components Curr_Output;  s32 qId_tmp_1, qId_tmp_2;
s32 qIq_tmp_1, qIq_tmp_2;      
  s16 qId_1, qId_2;   
  s16 qIq_1, qIq_2;   
  Vector_Components = Trig_Functions(Theta);  
  qIq_tmp_1 = Curr_Input.qI_Component1 * Vector_Components.hCos;            
  qIq_tmp_1 /= 32768;  
  qIq_tmp_2 = Curr_Input.qI_Component2 *Vector_Components.hSin;  
  qIq_tmp_2 /= 32768;  
  qIq_1 = ((s16)(qIq_tmp_1));  
  qIq_2 = ((s16)(qIq_tmp_2));  
  Curr_Output.qI_Component1 = ((qIq_1)-(qIq_2));          
  qId_tmp_1 = Curr_Input.qI_Component1 * Vector_Components.hSin;  
  qId_tmp_1 /= 32768;  qId_tmp_2 = Curr_Input.qI_Component2 *Vector_Components.hCos;  
  qId_tmp_2 /= 32768;  qId_1 = (s16)(qId_tmp_1);                 
  qId_2 = (s16)(qId_tmp_2);                          
  Curr_Output.qI_Component2 = ((qId_1)+(qId_2));   
   return (Curr_Output);
   }


由Clark变化的输出Curr_Components（也就是和）来作为Park变化的输入。同样的，由之前的学习，可以容易地知道和和和之间存在的关系：


通过变化，我们就可以得到由和变化到和的公式：


在程序中的公式如下所示：


Curr_Output.qI_Component1 = ((qIq_1)-(qIq_2));
Curr_Output.qI_Component2 = ((qId_1)+(qId_2));
其中qIq_1是，qIq_2是，qId_1是，qId_2是，和计算得到的公式相符合。
三、学习总结
结合原理，能够大概明白这些主要函数的基本作用，但是对于函数的实现上，还有很多不明白的地方，对于一个函数而言，明白他的原理，也是能让自己有了基本的框架，要让这个函数能够正常运行，从而得到想要的返回值或者作用，还需要进一步的学习与理解。同时，还有部分程序，目前还没有理通，像PI调节程序的实现，里面共有PID_Torque， PID_Flux和PID_Speed调节，但是对于其中相关参数的意义暂时并不明白。这也是下期首先要解决的部分。
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