【FOC】FOC开发遇到的Bug

引言：本文主要介绍从硬件到软件实现上所遇到的所有bug

1.硬件

1.1晶振

1.2运放电路

1.硬件

1.1晶振

硬件同事，随便拿了个晶振焊上了，导致与原理图不匹配，软件按原理图配置，使系统时钟错误，程序跑飞

1.2运放电路

（1）运算放大系数怎么算

这个电路是差分运放电路电路，根据虚短、虚断可以计算出其放大系数，这里不再解释直接上课件。

两图对照，ui1 = 0，ui2 = U_CURRENT, R1 = 1K, R2 = 10K , R3 = 4.7K , RF = 100K, u0 = ADC_U ，则 u0 = 32.29 * ui2 , 即ADC_U = 32.29 * U_CURRENT

（2）怎么反应到三相电流上

ADC分辨率为12位，芯片的参考电源VDDA为3.3V，则ADC的数值1代表3.3/2^12

ADC_U = ADC读到的值* 3.3/2^12 = 32.29 * U_CURRENT

流过R29的电流 = (U_CURRENT - 0)/(0.7*10^-3) = (ADC读到的值 * 3.3 / 2^12 / 32.29) /(0.7 * 10^13) = 0.03564412 * ADC读到的值

（3）运算放大系数怎么选

准则：ADC能读取的信号是0~3.3V，所以保证放大后的信号在3.3V内就行

计算过程就是上个问题的逆向推算，先估计一下你电机的相电流是多少，比如我电机的线电流（正常电机都标功率和线电压） = 30A ，而电机一般是星型连接（三角连接一般是三相异步电机），则有效相电流 = 30 / 根号2 = 21.21A，峰值相电流 = 30 * 根号2 = 42.43A，用这个峰值相电流逆推运算放大系数

（4）为什么要加+1.65V电压

三相电流是0对称的信号，而ADC只能接受0~3.3V信号，所以没有偏执电压就无法接受到三相电流的负电压信号，而提供1.65V的偏执电源，则三相电流变成了1.65V的对称信号，ADC能完全接收到了。

（5）放大系数反应到ADC上为什么信号不准确

神奇的模电，当温度升高时，阻值变化、放大器也变化，具体我也不太懂，希望评论区的大神能够解释一下。

1.3 ADC读取异常

在标定三相电流时，第三项电流每次硬件自校验都会错误，出现错误的偏移量和增益比例，并且ADC采样必须自校验后采样20多次ADC才能稳定下来，我和硬件同事的讨论结果是芯片是假货，在立创商城里买后焊接上，BUG修改成功

2.软件

2.1芯片启动模式

问题一：刷写程序后，程序直接跑飞，进入debug模式后，程序不进入main函数，断点不起作用，也找不到程序执行到哪里。

问题分析：I2C的SDA引脚占用了STM32G4的Boot0引脚，导致在复位时，SDA一直输出高电平，在SYSCLK的第四个上升沿，Boot0引脚锁存为1，系统存储器启动，未能正常运行

引脚/字节设置	启动模式	说明
BOOT0 = 0	主Flash启动	执行用户程序。
BOOT0 = 1	系统存储器启动	固件烧录，需重新上电用flash启动才起作用
nBOOT0 = 1, nBOOT1 = 0	SRAM启动	在内存里执行用户代码，进行调试

释放SDA这一IO口，接飞线到GND，实现主Flash启动

序号	执行动作	说明
1	初始化MSP	从向量表的第一项加载主栈指针 (MSP)
2	初始化PC
3	设置堆栈大小	变量、函数、动态内存等
4	跳转Reset_Handler	包含初始化流程、跳转到用户代码的复位处理程序
5	初始化中断向量表
6	调用初始化函数	系统时钟配置、系统配置寄存器初始化、初始化数据段和堆栈段
7	调用_main	运行用户编写的main函数

2.2电角度对齐

电角度对齐的方式包括三类：1.hall霍尔传感器 2.编码器 3.无感算法

我用的是编码器，而编码器又分为 1.绝对值编码器 2.增量编码器 3.旋转编码器

其绝对值编码器的接口一般是I2C、ADC、SPI，其中ADC使用最为简单、读取速度最快，但其准确性、稳定性最差，因为3.3V内随便一个噪声都会使电压变化，再反应到电角度更为明显，所以稳定准确性差，会导致电机抖动；I2C记得一定要用DMA模式、复用的GPIO为快速模式、波特率要干到1000K就OK；SPI我没使用过。以上全为板间通讯，不适合长距离使用

增量编码器一般是ABZ接口，是我目前使用体验较舒服的接口，A、B相配置时钟为Encoder模式，Z相配置为GPIO中断模式就OK

旋转编码器未使用过

电角度一直对不齐，总结下来是初始时，FOC给三相的占空比不对，三相磁场合成后不指向0点，还有一点是对齐时用的电流较大，使电机在对齐点出震荡，一直不停下来对齐。最后，给FOC角度=3*π/2（平均值SVPWM）或 0（其他SVPWM），电流给0.5A，成功对齐电角度。

那增量式编码器怎么电角度对齐呢？

1. 给FOC的值一般是电角度、id、iq值，只需要给电角度 = 0，id = 0，iq = 0.01（一定要小，减小对齐时的震荡），然后大概0.5s后转子磁场就会与虚轴Y对齐，定子磁场就会与实轴X对齐，这时初始化编码器角度为0就OK

2.但这时我们只知道了电角度的0点，怎么知道机械角度的0点呢，这时就需要让电机转起来，触发Z相中断信号，然后在回调里记录上编码器的值，记为偏移量amend_Theta，再初始化编码器的值为0，那电角度计算为 = (机械角度 + amend_Theta)/极对数，再对2π取余

2.3电机发抖是什么原因？

1.电机启动时，电角度0°没完全对齐，电机转到高速，转着转着会咯噔咯噔的

2.电流环、速度环、位置环的PID参数没有调好，导致被控制量跟不上，误差逐渐拉大，积分器不断累计，也就突然咯噔一下

2.4 SVPWM过调制

由于改变母线电压，从24V变为12V，PID输出的限值范围过大，导致输出的电压超过 $12/\sqrt{3}$ ，SVPWM过调制，反应到三相占空比上就是，FOC计算出的ccr值超过arr值，占空比为100%，一个FOC周期内，某一相一直是上管导通而下管不导通，采样电阻没有电流通过，所以三相电流的这一相采样失效不可用。

解决办法1.保证SVPWM工作在线性区，限值PID的输出，在 $\left [ U_{dc}/\sqrt{3},- U_{dc}/\sqrt{3}\right ] * 0.9$

2.软件上，先设计电流重构算法，重构失效的三相电流为有效的电流，再设计过调制控制算法，如：最小相位误差过调制、最小幅值误差过调制策略。3.硬件上，将采样电阻放在三相线上，但缺点是发热严重。

综上：为实现大扭矩控制，充分利用逆变器的容量，采用软件策略，电流重构+过调制策略

文章会不断更新我遇到的BUG，感谢指正错误