有感BLDC电机启动检测和启动方法

一路上

一、有感BLDC为什么要做启动检测？

1.做启动检测主要是为了防止霍尔传感器有故障或电路异常。

2.做启动检测也是为了整个程序的鲁棒性和健壮性。

二、启动检测的软件实现

1.如下图所示，如果霍尔传感器工作正常，则霍尔值的U、V、W三相中的某一相值为1，另外2相值为0。U相值为bit2，V相值为bit1，W相值为bit0，如果霍尔值等于0或霍尔值大于6，则霍尔输入值检测异常。

2.在循环中连续读取霍尔传感器的值，如果值每次都相等，则到了一定次数后直接退出循环，表示启动检测正常。示例代码如下：

1. ReadHallCnt = 0;
   
2. ReadLast = 0;
   
3. ReadOverTime=100 ;
   
4. do
   
5. {
   
6. Hall- >HallData = (PINA>>3)&0x7; //读取霍尔传感器的值

复制代码

启动检测正常后，进行相关换向和速度控制功能。

三、电机运行过程中的堵转检测

1.电机在运行过程中有可能电机加载负载过大，或者系统供电不足，导致电机停止转动，如果长时间堵转，很可能会导致电机过热损毁。

2.检测堵转方法是：在换向的方法里，做换向超时检测，如果在规定时间内没有换向，霍尔传感器的采集值始终无变化，那么就发生了堵转。堵转异常处理一般有时间指标，如果超过这个时间指标，就停止电机工作。

四、启动方法

在使用hall传感器的情况下可以直接获取到转子的位置，不需要对齐，但要加一个最大转矩启动状态，在此阶段使电机输出最大转矩(通过电流环实现)，为了防止启动过冲给电流启动加一个斜坡。当电机速度达到设定的启动速度后自动切换到速度闭环模式。

1.状态机

2.Calib2Aligment

在Calib完成后执行C2A(AppStopToAlignment())函数，初始化电流PI环参数、电流斜坡函数，通过霍尔传感器获取转子所在扇区，开启相应驱动桥臂。然后跳转到Aligment状态。

1. void AppStopToAlignment(void)
   
2. {
   
3.         uint8_t i;
   
4. 
   
5.     driveStatus.B.Alignment = 1; //状态更新，在LPIT0中进行电流PI环计算和更新
   
6.     driveStatus.B.EnableCMT = 1; //开启换相，只有开启才能在FTM2的捕获中断中自动换相
   
7.     driveStatus.B.CloseLoop = 0;
   
8.     driveStatus.B.Calib = 0;
   
9.         driveStatus.B.Sensorless = 0;
   
10.         driveStatus.B.NewZC = 0;
    
11. 
    
12.     /* Torque ramp initialization */
    
13.     torqueRampPrms.fltState = 0.0F; //力矩斜坡的初始值
    
14. 
    
15.     alignmentTimer = mcat_alignDuration;//启动时间=20000，1s
    
16.     duty_cycle = MLIB_Mul(MLIB_Div(mcat_alignVoltage, U_PH_NOM), 100.0F); //mcat_alignVoltage=1.5F 启动占空比=1.5/12*100
    
17. 
    
18.     /* Current PI controller initialization */
    
19.         currentPIPrms.fltInK_1 = 0;//初始误差
    
20.         currentPIPrms.fltIntegPartK_1 = duty_cycle;//初始积分项
    
21. 
    
22.     /* Update PWM duty cycle*/
    
23.         ACTUATE_SetDutycycle(duty_cycle, HW_INPUT_TRIG1);
    
24.         /*根据三个霍尔引脚的电平计算所在扇区，更新到SensorHall.Sector*/
    
25.         HALL_GetSector(&SensorHall);
    
26.         /* 开启相关桥臂，相当于第一次换相在此手动开启 */
    
27.         ACTUATE_SetPwmMask(ui8FTM3OutmaskVal[rotationDir][SensorHall.Sector],
    
28.                                                   ui16FTM3SwOctrlVal[rotationDir][SensorHall.Sector], HW_INPUT_TRIG0);
    
29.         
    
30.         /*在电机转动起来之前无法测量电机转速，因此需要先手动初始化一个转速*/
    
31.         for( i=0;i<6;i++)
    
32.                 {
    
33.                         SensorHall.Period[i] =60000  ;/*将扇区时间设为最大，这样初始转速约等于0*/
    
34.                 }
    
35.     appState = APP_ALIGNMENT; /*跳转到Aligment*/
    
36. }
    

复制代码

3.力矩闭环

进入Aligment后，通过driveStatus.B.Alignment=1在LPIT0中断每1ms进行1次电流环计算：

1. void LPIT0_Ch0_IRQHandler(){
   
2. if(driveStatus.B.Alignment == 1)
   
3.     {
   
4.             /*更新当前速度，用于状态跳转判断*/
   
5.             actualSpeed = MLIB_Mul(MLIB_ConvertPU_FLTF32(MLIB_Div_F32(SPEED_SCALE_CONST, period6ZC)), N_MAX);
   
6.             /*
   
7.              GFLIB_Ramp斜坡函数，使电流目标值按照设定的斜率从0增加到I_DCB_LIMIT
   
8.              计算电流误差：电流目标值-滑动滤波后的电流值(torque_filt)
   
9.                 */
   
10.             torqueErr = MLIB_Sub(GFLIB_Ramp(I_DCB_LIMIT, &torqueRampPrms), torque_filt);
    
11.             /*计算PI输出*/
    
12.             currentPIOut = GFLIB_ControllerPIpAW(torqueErr, ¤tPIPrms);
    
13.                   /*更新PWM占空比*/
    
14.                   duty_cycle = currentPIOut;
    
15.             ACTUATE_SetDutycycle(duty_cycle, HW_INPUT_TRIG0);
    
16.     }
    
17. }

复制代码

1. void AppAlignment(void)
   
2. {
   
3. /*alignmentTimer每1/20000秒自减1*/
   
4.         if((alignmentTimer == 0)||(actualSpeed >= 300))
   
5.             {
   
6.                     if(actualSpeed < 300)
   
7.                     {
   
8.                             AppAlignmentToFault();/*启动时间到了但速度每上来，启动失败*/
   
9.                     }else
   
10.                     {
    
11.                             AppAlignmentToStart();/*启动成功*/
    
12.                     }                  
    
13.             }
    
14. }
    
15. 
    
16. void AppAlignmentToStart(void)
    
17. {
    
18.     driveStatus.B.Alignment = 0;/*关闭电流环*/
    
19.     driveStatus.B.EnableCMT = 1;
    
20.         driveStatus.B.AfterCMT  = 0;
    
21.         appState = APP_START;/*跳转至Start*/
    
22. }
    

复制代码

4.Start2Run

电机到达启动速度后切换到运行状态，对运行状态参数初始化后进入速度电流双闭环运行状态。

1. void AppStartToRun(void)
   
2. {
   
3.     /* 速度PI控制参数初始化 */
   
4.     speedPIPrms.fltInK_1 = 0;/*初始误差*/
   
5.     speedPIPrms.fltIntegPartK_1 = duty_cycle;/*直接将启动阶段计算的占空比作为初始积分结果*/
   
6. 
   
7.     /* 电流PI控制参数初始化 */
   
8.     currentPIPrms.fltInK_1 = 0;
   
9.     currentPIPrms.fltIntegPartK_1 = speedPIPrms.fltIntegPartK_1;
   
10. 
    
11.     /* 速度斜坡参数初始化 */
    
12.     speedRampPrms.fltState = mcat_NMin;/*初始输入速度设为0*/        
    
13.         /*状态跳转*/
    
14.     appState = APP_RUN;
    
15.     stallCheckCounter = 0; /*清除失速检测计数*/
    
16.     faultStatus.B.StallError = 0;
    
17.     // Reset FTM2 counter
    
18.         FTM2->CNT = 0;
    
19.     // Clear FTM counter overflow flag
    
20.         FTM2->SC &= (~FTM_SC_TOF_MASK);
    
21.     driveStatus.B.CloseLoop = 1;/*进入速度力矩双闭环模式*/
    
22. }
    

复制代码

五、结果运行

如下图，电机以一个比较平滑的速度启动，并且启动负载增大后可以自动增加启动力矩。