本帖最后由 友555 于 2024-1-12 22:52 编辑

前言
有幸被选中参与评估板的测试和学习，也是初次接触直流无刷电机的编程，有很多知识点需要补充和学习，比如BLDC的工作原理和控制方式。
参加过几次论坛，国内厂商推出了很多集成电机驱动电路的MCU，APM32F035是极海科技针对电机驱动市场，推出的高性能、高性价比电机专用APM32F035系列 MCU，该系列型号基于Arm® Cortex®-M0+内核，主频可达72MHz，内置 Vector Computer(MDU+CORDIC)多种专用数学运算加速器，集成高速 ADC、运放、比较器、及 CAN 控制器等外设资源，搭配电机控制通用开发平台，有效提升电机控制性能，降低产品运行成本。
极海官网链接：电机控制专用APM32F035 (geehy.com) ，可在里面下载规格书、用户手册、SDK和相关开发文档。
image.png
APM32F035主要外设参数
image.png
电机算法软件平台
同时极海还提供了一系列电机算法平台，方便大家在产品中快速开发导入。
image.png
一、开发环境准备和搭建
1.1 准备无刷电机和对应的供电电源在某宝选了款带霍尔的无刷电机，型号B3040M-042，驱动电压12V，驱动空载电流0.28A，空载运行转速5600转，无其他电机参数，这点对后续电机调参很不利。电机图片如下：

然后就是电机电源的购买，考虑后续可能会用24V的电机，所以选了个3~24V电压可调的电源，图片如下：
image.png
1.2 了解开发板硬件配置
主要功能：
  • 电气参数：12~72VDC 宽电压输入，最大功率 100W
  • 支持电机类型：BLDC，PMSM
  • 支持编码器类型：霍尔，光电，磁编码器
  • 通讯接口：SCI，SPI，I2C，CAN
  • 电流采样方式：单 / 双电阻采样，三相反电动势采样

image.png
开发板的硬件构成
  • 12V Buck电路：采用的是TI的LM5164，将VM电机电压降压至12V，同时给3相栅极驱动芯片供电。
  • 5V Buck电路：采用的是UTECH(德信)的EUP3458VIR1，同时给串口驱动芯片供电。
  • 3.3V LDO电路：采用的是MaxLinear(迈凌)的SPX3819M5-L-3-3/TR，主要给主控APMF035供电。
  • MCU：用的是极海科技APM32F035，Arm® Cortex®-M0+内核，主频可达72MHz，集成运放，定时器等，外设很丰富。
  • USB-UART TLL转换电路：采用的是CH340G.
  • LED灯：供电指示灯1个，状态指示灯1个（用于电机故障指示）。
  • 轻触按键：MCU硬复位按键，前进/后退切换按键，锁车按键。
  • 可调电阻：通过ADC采样控制电机转速。
  • 电机驱动电路：栅极驱动器用的是峰岹的FD6288，并且开发板设计了三相功率MOS半桥电路，功率MOS用的HUASHUO(华朔)的HSU0048。

1.3 软件开发环境配置
基本准备
1）开发环境可用Eclipse、IAR和Keil MDK，因为笔者习惯了Keil，所以用的Keil平台。
2）极海F035开发包支持安装，需要安装Geehy.APM32F035_DFP.1.0.0.pack，下载链接：https://www.geehy.com/uploads/tool/Geehy.APM32F035_DFP.1.0.0.pack
3）需要准备一个调试工具，APM32F035支持JLINK和STLINK，这个可以根据需要自行配置。
4)  电机驱动例程：可在官网下载或者找对应的极海FAE提供。
开发界面
笔者用的无感BLDC例程，因为是菜鸟，只想先让电机转起来。
image.png
相关代码
  1. /*!
  2. * @file        main.c
  3. *
  4. * @brief       Main program body
  5. *
  6. * @version     V1.0.0
  7. *
  8. * @date        2022-09-30
  9. *
  10. * @attention
  11. *
  12. *  Copyright (C) 2022 Geehy Semiconductor
  13. *
  14. *  You may not use this file except in compliance with the
  15. *  GEEHY COPYRIGHT NOTICE (GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE).
  16. *
  17. *  The program is only for reference, which is distributed in the hope
  18. *  that it will be usefull and instructional for customers to develop
  19. *  their software. Unless required by applicable law or agreed to in
  20. *  writing, the program is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
  21. *  ANY WARRANTY OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  22. *  See the GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE for the governing permissions
  23. *  and limitations under the License.
  24. */

  26. /* Includes */
  27. #include "main.h"
  28. #include "dev_include.h"
  29. #include <stdio.h>
  30. #include <string.h>
  31. #include "m0cp.h"
  32. #include "hardware.h"
  33. #include "systick.h"
  34. #include "user_function.h"
  35. #include "StateMachine.h"
  36. #include "BLDC_SensorLess.h"



  40. TIMFlagType          TIMFlag;
  41. Motor_TypeDef        Motor_1st;
  42. int16_t M1FaultID, M1FaultID_Record;
  43. stc_motor_ramp_cal_t Motor_stcRampCal;


  46. uint8_t bNewDIRKey;
  47. uint8_t bOldDIRKey;
  48. uint8_t bBrakeKey = 0;
  49. uint8_t bSwitchFlag = 0;
  50. /*******************************************************************************
  51. * Function Name  : Interrupt_Init
  52. * Description    : Interrupt priority initialization
  53. *                  
  54. * Input          : None
  55. * Output         : None
  56. * Return         : None
  57. *******************************************************************************/
  58. void Interrupt_Init(void)
  59. {
  60.     /* Configure one bit for preemption priority */
  61.     SCB->AIRCR = (u32)0x05FA0500;
  62.     /* Enable the ADC Interrupt */
  63.     NVIC_EnableIRQ(ADC_COMP_IRQn);
  64.     NVIC_SetPriority(ADC_COMP_IRQn,0);  
  65.     NVIC_EnableIRQ(TMR1_BRK_UP_TRG_COM_IRQn);
  66.     NVIC_SetPriority(TMR1_BRK_UP_TRG_COM_IRQn,1);
  67.     NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
  68.     NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,2);   
  69.   //  ADC->STS  &= ~(u32)(0x070C); //ADC_FLAG_EOC   
  70.     TMR1->STS &= (u16)0xFFFE;
  71.     TMR1->STS &= (u16)0xFF7F;
  72. }


  75. /*!
  76. * @brief       Main program
  77. *
  78. * @param       None
  79. *
  80. * @retval      None
  81. *
  82. */
  83. int main(void)
  84. {
  85.   __disable_irq();                           
  86.   Systick_Init(SystemCoreClock / 1000);
  87.   /* Initialize  motor control parameters */
  88.   Init_Parameter(&Motor_1st);
  89.   Board_Init();
  90.   //Initial direction determination
  91.   bNewDIRKey = GPIO_ReadInputBit(GPIOC,GPIO_PIN_13);
  92.   bOldDIRKey = bNewDIRKey;
  93.   Motor_1st.BLDC.u8Direction  = bNewDIRKey;
  94. /* Initialize interrupts */
  95.   Interrupt_Init();     
  96.   __enable_irq();                             //Enable all interrupts
  97.   /*Ö÷Ñ­»· */
  98.   while (1)
  99.   {
  100.     //Get key value status in real time
  101.     bNewDIRKey = GPIO_ReadInputBit(GPIOC,GPIO_PIN_13); //PC13 Direction·½Ïò°´¼ü
  102.     bBrakeKey = GPIO_ReadInputBit(GPIOC,GPIO_PIN_14); //PC14 LOCKËø³µ°´¼ü
  103.     if(bBrakeKey == 0)
  104.     {
  105.       eM1_RunSubState = RunState_Brake;
  106.       variable_reset(&Motor_1st);
  107.     }
  108.     if(bOldDIRKey != bNewDIRKey)
  109.     {
  110.       bSwitchFlag = 1;
  111.     }
  112.     bOldDIRKey = bNewDIRKey;
  113.    
  114.     //ÂýËÙ»·Ö´Ðж¯×÷ÈçÏ£º
  115.      if(Motor_1st.USER.bSlowLoopFlag)
  116.     {
  117.       if(bSwitchFlag == 1)
  118.       {
  119.         //¼Ç¼µ±Ç°µÄÐýÅ¥¹éÒ»»¯ºóµÄÊý¾Ý£¬Í¬Ê±½øÐнµËÙ
  120.         Motor_1st.USER.RP.Out --;
  121.         //ËٶȽµËÙµ½0ºó¿ªÆô»»Ïà
  122.         if(0 == Motor_1st.USER.RP.Out)
  123.         {
  124.           Motor_1st.BLDC.u8Direction  = bNewDIRKey;
  125.           bSwitchFlag = 0;
  126.         }
  127.       }else
  128.       {
  129.         //Ìí¼ÓÂýËÙ»·µÄËٶȿØÖÆÒÔ¼°ramp´¦Àíº¯ÊýµÈ
  130.         CalcNormalization((Motor_1st.USER.s16VspCmd>>3),&Motor_1st.USER.RP);
  131.       }
  132.     /* Slow Loop Statemachine */
  133.     s_STATE[eM1_MainState]();
  134.     Motor_1st.USER.bSlowLoopFlag =  0;
  135.     }
  136.   }
  137. }






  144. /*******************  Copyright (C) 2022 Geehy Semiconductor ****/


二、测试例程及电机参数修改
因为笔者对无刷电机所知不多，只是简单根据电机参数修改了parameter.h中的配置，具体代码如下：
  1. #ifndef __PARAMETER_H_
  2. #define __PARAMETER_H_

  4. typedef signed short            Q15_t;           
  5. typedef signed long             Q31_t;
  6. #if !defined(Q15)
  7. #define Q15(x) ((Q15_t)((x) < 0.999969482421875 ? ((x) >= -1 ? (x)*0x8000 : 0x8000) : 0x7FFF))
  8. #endif //Q15

  10. #if !defined(Q31)
  11. #define Q31(x) ((Q31_t)((x) < 1 ? ((x) >= -1 ? (x)*0x80000000 : 0x80000000) : 0x7FFFFFFF))
  12. #endif //Q31


  15. //#define  SingleShunt
  16. /*System setting*/
  17. #define SYS_REFV                                    3.3f        //  unit:v      MCU VCC must be 5.0V or 3.3V         
  18. #define ADC_REFV                                    SYS_REFV
  19. #define SYSCLK_HSE_72MHz                            72000000   //  unit:Hz
  20. #define SYSCLK_HSE_MHz                              72         //  unit:MHz

  22. #define PWMFREQ                                     8000      //  unit:Hz
  23. #define DEAD_TIME                                   1.0f        //  unit:us     determined by Hardware parameter   
  24. #define SLOWLOOP_FREQ                               1000       //  unit:Hz
  25. #define PWMFREQ_KHZ                                 8         // unit:KHz

  27. #define POLEPAIRS                                   2         //unit
  28. #define SPEEDX                                      60*PWMFREQ/POLEPAIRS
  29. #define SPEEDX_UNIPHASE                             SPEEDX / 6

  31. // Voltage Sampling
  32. #define UDC_MAX                                     (69.0f)     //  unit:V      Max DC Voltage of Hardware
  33. #define U_MAX                                       (UDC_MAX/4.0f) // (UDC_MAX/1.732f)  // unit:V      Max Voltage
  34. #define DCBUS_OVER                                  (15.0f)     //  unit:V        if DC Bus voltage over this, it will stop motor
  35. #define DCBUS_UNDER                                 (8.0f)     //  unit:V        if DC Bus voltage under this, it will stop motor
  36. #define DCBUS_SWITCH                                (11.5f)      // unit:V


  39. #define R_SHUNT                                     (0.02f)    //  unit:ohm
  40. #define CURRENT_OPA_GAIN                            (5.00f)    //  unit:ohm
  41. #define I_MAX                                       (ADC_REFV/2/CURRENT_OPA_GAIN/R_SHUNT)  //  16.5A unit:A   Max current of Hardware
  42. #define IBUS_OVER                                   (13.5f)     //  unit:A
  43. #define IBUS_OVER_CMD                                Q15((IBUS_OVER * R_SHUNT *CURRENT_OPA_GAIN + ADC_REFV/2)/ADC_REFV)

  45. // run state
  46. #define RAMP_UP                                     1000.0f     //  RPM/s            ramp of speed command increase
  47. #define RAMP_DOWN                                   1000.0f     //  RPM/s            ramp of speed command decrease


  50. // freewheel state
  51. #define FREEWHEEL_TIME                              5.0f        //  unit:s           freewheel time
  52. #define FAULTRELEASE_TIME                           5.0f       //  unit:s           fault release time
  53. #define SPEED_MAX                                   (5000.0f)  //  unit:rpm    max speed of motor

  55. //BLDC parameter
  56. // Align state
  57. #define ALIGN_PWMVALUE                               460
  58. #define ALIGN_TIME                                  (0.1f*SLOWLOOP_FREQ)        //  unit:s        align time :0.1s
  59. #define STARTUP_TIME                                (1.0f*SLOWLOOP_FREQ)       //unit:s  1.0s

  61. #define STARTUP_PWMVALUE1                            460  // 6.6% duty
  62. #define STARTUP_PWMVALUE2                            600  // 10% duty 600
  63. #define OPENLOOP_TIME                                18   // 18*1ms
  64. #define FORCED_COMMUTATION_TIME                      18   // 18*125us   //18*62.5us
  65. #define ECW                                          1    // forward
  66. #define ECCW                                         0    // reverse
  67. #define MIN_DUTY                                     100  // Minimum PWM output
  68. #define MAX_DUTY                                     9000 // Maximum PWM output
  69. #define FREEWHEELING_TIME                            10000  // Motor free-wheel reference time
  70. #define THIRTYDEGREE_TIME                            10000  // 30 degree Electrical cycle
  71. #define PERIODNUMBER_MAX                             100  // Electrical Period Cnt
  72. #define CARRIER_FREQUENCY                            8   // unit: Hz
  73. #define STARTUPSPEED_RPM                             300  // unit: rpm

  75. #define VSP_MAX                                      (3.3f)  // unit: V
  76. #define START_VSP                                    Q15(0.5f/VSP_MAX)>>2
  77. #define STOP_VSP                                     Q15(0.3f/VSP_MAX)>>2


  80. /*  SPEED LOOP PI PARAMETER     */
  81. #define M1_SPEED_KP_Q15                           (0)  //   Q15 format KP of speed loop
  82. #define M1_SPEED_KP_Q10                           (2048)      //   Q10 format KP of speed loop
  83. #define M1_SPEED_KI_Q15                           (0)    //   Q15 format KI of speed loop
  84. #define M1_SPEED_KI_Q10                           (300)      //   Q10 format KI of speed loop


  87. #endif

三、调试样品展示
1、将电机三相线和霍尔线按照说明接上，当然使用无感控制时，霍尔相关线可先不接。
0b61e9f82cda8c4e791197dcd855b6e.jpg
image.png
image.png
2、接上电机电源
image.png
3、整体图片如下
78dbc27f62db34e8559af7c03737b60.jpg
4、测试结果
功能都是跑通了，可实现调试，正反转控制和锁车操作，包括电压过压保护也是OK的。
本来想录个视频的，结果调试过程不知道哪里搞错了，把主电源3.3V弄短路了，最后排除是主控芯片短路，对地主控只有2R，得找极海申请样品更换了。
----1月24日更新----
感谢极海的高总，重新寄了样品给我，换上去后正常了，那就出个视频吧



四、总结
电机控制是个很重要的学科，涉及到电子、嵌入式和机械，想要精通任重而道远，只能继续保持学习，和实际项目应用结合，才能慢慢掌握电机。
既然跑通了，电机规格书也不全，索性把电机拆开看看它的五脏六腑吧。
微信图片_20240112224259.jpg
电机外围是线圈，也就是定子，中间的永磁铁作为转子。

微信图片_20240112224527.jpg
电机相位检测PCBA，有U、V、W三个焊点，用于焊接电机三相绕组；另外还有H1、H2和H3三个数字霍尔，用于电机转子的位置。
最后说下极海电机开发板的优缺点吧。
优点：
1）电路板简单明了，布局很清晰，有很多的测试点并标有丝印，可以很大地提高调试效率。
2）主控是基于M0内核，对很多从事消费电子开发的人来说，可以比较快捷的上手。
3）有提供各种电机控制的例程，工程师可以基于例程快速完成评估和导入。
缺点：
1）开发板使用说明不详细，比如例程对应的电机和电源参数都没提供。
2）例程中注释比较少，初学者无法将各个参数和电机一一匹配。
3）后续希望可以提供PC端的图形开发界面，降低开发成本，提高开发效率。
总之，这是个不错的开发板，特别是MCU集成了运放，工程师的降本压力又少一点了。
初次接触，具体的产品参数和性能大家可以直接咨询极海FAE哈，感谢大家！