无传感器无刷直流电机控制 BEMF 部分

Question

我正在尝试制作一个无传感器的 bldc 电机控制驱动器。我找到了一个Arduino代码，我想将其转换为ARM Stm32。但我不完全明白 ISR 中断部分发生了什么。谁能简短地解释一下我？为什么使用bldc_step&1以及何时减少i。

byte bldc_step = 0, motor_speed, pin_state;

void setup()
{
DDRD  |= 0xE0;  // configure pins 5, 6 and 7 as outputs
PORTD  = 0x00;
DDRB  |= 0x0E;  // configure pins 9, 10 and 11 as outputs
PORTB  = 0x31;
pinMode(2, INPUT_PULLUP);
pinMode(3, INPUT_PULLUP);
pinMode(4, INPUT_PULLUP);
}

// pin change interrupt 2 (PCINT2) ISR
ISR (PCINT2_vect)
{
if( (PIND & PCMSK2) != pin_state )
return;
// BEMF debounce
for(byte i = 0; i < 20; i++)
{
if(bldc_step & 1){
if(PIND & PCMSK2)     i -= 1;
}
else {
if(!(PIND & PCMSK2))  i -= 1;
}
}

bldc_move();
bldc_step++;
bldc_step %= 6;
}

// BLDC motor commutation function
void bldc_move()
{
switch(bldc_step)
{
case 0:
AH_BL();
BEMF_C_FALLING();
break;
case 1:
AH_CL();
BEMF_B_RISING();
break;
case 2:
BH_CL();
BEMF_A_FALLING();
break;
case 3:
BH_AL();
BEMF_C_RISING();
break;
case 4:
CH_AL();
BEMF_B_FALLING();
break;
case 5:
CH_BL();
BEMF_A_RISING();
}
}

PCICR  = 4;  // enable pin change interrupt for pins PCINT23..16 (Arduino 0 to 7)



void BEMF_A_RISING()
{
PCMSK2 = 0x04;    // enable Arduino pin 2 (PCINT18) interrupt, others are disabled
pin_state = 0x04;
}
void BEMF_A_FALLING()
{
PCMSK2 = 0x04;    // enable Arduino pin 2 (PCINT18) interrupt, others are disabled
pin_state = 0;
}
void BEMF_B_RISING()
{
PCMSK2 = 0x08;    // enable Arduino pin 3 (PCINT19) interrupt, others are disabled
pin_state = 0x08;
}
void BEMF_B_FALLING()
{
PCMSK2 = 0x08;    // enable Arduino pin 3 (PCINT19) interrupt, others are disabled
pin_state = 0;
}
void BEMF_C_RISING()
{
PCMSK2 = 0x10;    // enable Arduino pin 4 (PCINT20) interrupt, others are disabled
pin_state = 0x10;
}
void BEMF_C_FALLING()
{
PCMSK2 = 0x10;    // enable Arduino pin 4 (PCINT20) interrupt, others are disabled
pin_state = 0;
}

void AH_BL()
{
PORTD &= ~0xA0;
PORTD |=  0x40;
TCCR1A =  0;      // turn pin 11 (OC2A) PWM ON (pin 9 & pin 10 OFF)
TCCR2A =  0x81;   //
}
void AH_CL()
{
PORTD &= ~0xC0;
PORTD |=  0x20;
TCCR1A =  0;      // turn pin 11 (OC2A) PWM ON (pin 9 & pin 10 OFF)
TCCR2A =  0x81;   //
}
void BH_CL()
{
PORTD &= ~0xC0;
PORTD |=  0x20;
TCCR2A =  0;       // turn pin 10 (OC1B) PWM ON (pin 9 & pin 11 OFF)
TCCR1A =  0x21;    //
}
void BH_AL()
{
PORTD &= ~0x60;
PORTD |=  0x80;
TCCR2A =  0;      // turn pin 10 (OC1B) PWM ON (pin 9 & pin 11 OFF)
TCCR1A =  0x21;   //
}
void CH_AL()
{
PORTD &= ~0x60;
PORTD |=  0x80;
TCCR2A =  0;       // turn pin 9 (OC1A) PWM ON (pin 10 & pin 11 OFF)
TCCR1A =  0x81;    //
}
void CH_BL()
{
PORTD &= ~0xA0;
PORTD |=  0x40;
TCCR2A =  0;       // turn pin 9 (OC1A) PWM ON (pin 10 & pin 11 OFF)
TCCR1A =  0x81;    //
}

void SET_PWM_DUTY(byte duty)
{
OCR1A  = duty;  // set pin 9  PWM duty cycle
OCR1B  = duty;  // set pin 10 PWM duty cycle
OCR2A  = duty;  // set pin 11 PWM duty cycle
}

Answer 1

电机的速度取决于施加的电压D.V，其中D是占空比。

Fm = D.VP.KV.poles/120 = D.Vp/M
Tm = M/(D.Vp)

bemf 检测后的理想延迟为 30 度：

delay = Tm/12 = M/(12.D.Vp) = M'/(D.Vp)     : M'=M/12

M' – 过零检测后 30° 延迟的伏特*秒。 比较器 ISR 仅在导通时间内计数。PWM 脉冲越宽，计数越快.
循环最长时间：

m = N.ticks.Cycles

周期是每条指令的即时报价。 循环仅在 ton 上升或下降 BEMF 时计数(向上(到 N。计数的PWM脉冲将为：

Pc = m/ton  or  Pc = m/(D.Ts)

循环的估计时间为：

dt = Pc.Ts = m.Ts/(D.Ts) = m/D

所需的延迟和循环时间必须相等：延迟 = dt

M'/(Vp.D) = m/D or m = M'/Vp

这种方法也称为"反电动势积分法"。 M' = D.Vp.Tm' 是从ZCP到下一个换向的集成BEMF电压。您可以阅读更多 关于这一点，这里简要介绍一下： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3231115/

调整 N 和 PWM 频率 (Fs=1/Ts( 可以在 bemf 检测后提供几乎完美的 30 度延迟。应该知道电机的极点和 Kv。未经调整，此代码不适用于任何电机。 干杯

Answer 2

此代码用于消除反电磁力 (BEMF( 信号的抖动，等效代码为 https://github.com/esden/open-bldc-mk/blob/master/bldc.c

ISR(ANA_COMP_vect){
unsigned char i;
/* debounce the bemf signal */
for(i=0; i<BEMF_DEBOUNCE_COUNT; i++){
if(bldc_phase & 1){
if(BEMF_L) i -= BEMF_DEBOUNCE_DEC;
}else{
if(BEMF_H) i -= BEMF_DEBOUNCE_DEC;
}
}

有关去抖动以及为什么要这样做，请参阅 https://en.wikipedia.org/wiki/Switch#Contact_bounce

这里实现的确切算法是带有垂直计数器的去抖开关，cf https://www.compuphase.com/electronics/debouncing.htm - 带垂直计数器的去抖动开关

在bldc_step & 1中，&运算符是按位 AND 的，即 二进制45 & 35 = 33或00101101 & 00100011 = 00100001bldc_step是一个字节，用1按位 AND 处理它等效于测试是否设置了bldc_step的最后一位。使用PIND & PCMSK2检查PIND是高还是低

此代码和去抖循环的其余部分实现了 https://www.compuphase.com/electronics/debouncing.htm 中所述的垂直计数器