无传感器 BLDC 电机控制 BEMF 部分

Question

我正在尝试制作无传感器 bldc 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。但我完全不明白 ISR 中断部分发生了什么。谁能尽快给我解释一下？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

此代码用于去抖反电磁力 (BEMF) 信号，等效代码在 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;
    }
}

关于 去抖动 以及为什么完成，请参阅 https://en.wikipedia.org/wiki/Switch#Contact_bounce

这里实现的确切算法是带垂直计数器的去抖动开关，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 按位与 即二进制中的 45 & 35 = 33 或 00101101 & 00100011 = 00100001 bldc_step 是一个字节，将其与 1 按位与运算等同于 测试 bldc_step 的最后一位是否已设置 。使用 PIND & PCMSK2 检查 PIND 是高还是低

这段代码和其余的去抖动循环实现了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 仅在导通期间向上计数。 PWM 脉冲越宽，计数越快。
循环最长时间：

m = N.ticks.Cycles

周期是每条指令的滴答声。环路仅在 BEMF 上升或下降时计数（向上）到 N。计数的 PWM 脉冲将为：

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

估计循环时间为：

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

要求的延迟和循环的时间必须相等：delay = 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 到下一次换向的积分 bemf 电压。你可以阅读更多在这里简要介绍一下： https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3231115/

调整 N 和 PWM 频率 (Fs=1/Ts) 可以在 bemf 检测后为您提供近乎完美的 30 度延迟。应知道电机的极数和 Kv。未经调整，此代码不适用于任何电机。干杯

无传感器 BLDC 电机控制 BEMF 部分

Sensorless BLDC motor control BEMF section

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