无传感器无刷直流电机控制BEMF段

Question

我试着做一个无传感器的无刷直流电机控制驱动器。我找到了一个Arduino代码，我想将它转换为ARM Stm32。但我不完全明白ISR中断部分会发生什么。有人能很快解释我吗？为什么使用bldc_step&1和什么时候降低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

此代码用于反电磁力(BEMF)信号的去噪，等效代码在https://github.com/esden/open-bldc-mk/blob/master/bldc.c中。

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;
    }
}

有关脱钩及其原因，请参见https://en.wikipedia.org/wiki/Switch#Contact_bounce。

这里实现的精确算法是带有垂直计数器的解跳开关(，cf https://www.compuphase.com/electronics/debouncing.htm --带有垂直计数器的跳开关)。

在bldc_step & 1中，&运算符是按位的，也就是说，二进制bldc_step中的45 & 35 = 33或00101101 & 00100011 = 00100001是一个字节，按位排列--使用1来确定它相当于测试是否设置了bldc_step的最后一个位。使用PIND & PCMSK2检查PIND是高还是低

这段代码和其余的反跳循环实现了https://www.compuphase.com/electronics/debouncing.htm中描述的垂直计数器。

Answer 2

电机的速度取决于施加的电压直流，其中D是职责。

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

bemf检测后的理想延迟为30 deg：

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

M‘-伏特*秒为30°延迟后，过零点检测。比较器ISR只在定时计数。PWM脉冲越宽，计数越快。

循环最大时间：

m = N.ticks.Cycles

循环是每条指令的滴答。循环只在吨上升或下降BEMF时才计算(向上)到N。计数的PWM脉冲将是：

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

循环的估计时间是：

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

所需的延迟和环路的时间必须相等:延迟= dt

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

这种方法也被称为“反EMF集成方法”。M‘= D.Vp.Tm’是从ZCP到下一换相的集成bemf电压。您可以在这里阅读更多有关这方面的内容：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3231115/

调整N和PWM频率(Fs=1/Ts)可以给你几乎完美的30度延迟后，bemf检测。电机的磁极和千伏应该被知道。如果没有调整，此代码将不能与任何电机一起工作。干杯