STM32f103 SMO滑膜观测器的 无感无刷FOC驱动DIY

        小时候玩航模了解到无刷电机，又从方波控制了解到FOC控制，在接触了一些开源项目的时候，感叹做的真好，不论是方波的还是Foc的启动都是那么丝滑，软件做的虽然好，但在这几年电机驱动芯片和部分型号的单片机价格都居高不下，做一个低成本的Foc驱动器利用网上开源资料已经不够用了。

ky_motor Foc 测试视频

        假期趁着有时间做一套Foc驱动器，从硬件到软件，从夏天到冬天，真是不容易，总算差不多了。

开发板：​​​​​​​开发板链接

        硬件选用了STM32F103单片机，程序内容并不是很多，103c8，103rb都可以满足需求，为了后期可以扩展资源，我选用了rbt6，价格大约16元一颗，不是用的ST电机库，因此程序可以移植到国产芯片上，不过我没有移植过，毕竟我不太相信国产芯片（个人观点）。

        驱动芯片选用的EG2134，没什么可说的，就是图便宜，一颗大约1.5元，比国产的峰绍还要便宜个几毛钱，这难道不是我选它的理由吗？

         运放选用的是LM324，也是几毛钱的物料，追求更好的效果可以选用精度更高的运放，而不是我选用的这个玩具级，运放采样做的是一个差分输入的方式，看电流波形还可以。

          Mos用的是Irlr7843，性能很好的一颗mos，以前做航模的时候总用这个mos，就是假货比较多，我这个板子也没打算跑太大的电流，因此这个Mos不论从价格还是从性能，都能满足我的需求。

       三个控制按键，复位，开始，停止。实际的程序样式也是按start电机开始转动，按stop电机停止转动，复位键用于debug调试使用。预留一个电位器接口，用来调速。

       电阻采样用了三颗0.05R的采样电阻，通过三电阻采样的方式保证了电流采样的精度（当然，运放有些拉跨）。

        剩下的就是辅助电路了，预留了IIC接口，SPI接口，后期方便加传感器或者OLED。

        硬件介绍完了，剩下的就是软件部分了，当然也是最精彩的部分了，篇幅有限，我简单介绍一下功能，后面有时间我会在专栏里给大家详细的讲解一下Foc的控制方法。

        使用了SMO 滑膜观测器，SMO代码精简，性能稳定，值得多花一些时间对其进行改进。比如，在反电势滤波方法上。SMO参数调整相对来说比较简单，实际调试电机过程中能很快的调出让电机稳定运行的参数。有没有参数更容易调整的观测器？有的，对传统滑模观测器添加一个自适应律，得到自适应滑模观测器。当然，最重要的还是我比较擅长SMO，其他的都不重要。

        控制模式上写了三个模式，Hallloop（霍尔闭环），SMOloop（滑膜闭环），Openloop（开环）这三个模式。我先把这部分代码贴上来，后期测试的视频我在传上来。

        Openloop

void Motor_IFStart(void)
{
    Angle_Acc(Angle);
    AngleSin_Cos.IQAngle = Angle.Set;//角度
    pi_iq.Ref = IqStart; //启动电流设置

    ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
   
    
     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
  /**************Clark变换****************/
     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    
  /**************Park变换****************/   
     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    
 /************d轴控制器*******************/    
     pi_id.Ref = 0; //给定id
     pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
     
 /************q轴控制器*******************/    
     pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
     
  /************PARK逆变换*******************/     
     IparkU.Ds = pi_id.Out;
     IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    
     IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
     IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值

     PARKinv_MARCO(IparkU) 
  
     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
     
     SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度

     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
     PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
}

        SMOloop

void SMO_SpeedLoop(void)
{  
 
    PWMZD_count++;
    if(PWMZD_count==25)
	  {
	    PWMZD_count=0; 
      SMO_Speedcale();
      pi_spd.Ref = SpeedRef;
      pi_spd.Fbk = Speed_estPare.Speed_RPM;
      PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度环PI  
    } 
  
    AngleSin_Cos.IQAngle =  IQAtan_Pare.IQAngle;//估算角度
    pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
    
    ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
        
     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
  /**************Clark变换****************/
     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    
  /**************Park变换****************/   
     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    
 /************d轴控制器*******************/    
     pi_id.Ref = 0; //给定id
     pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
     
 /************q轴控制器*******************/    
     pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
     
  /************PARK逆变换*******************/     
     IparkU.Ds = pi_id.Out;
     IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    
     IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
     IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值

     PARKinv_MARCO(IparkU) 
  
     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
     
     SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度

     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
     PWM_CMP(); //得到PWM比较值    
}

Hallloop

void Mode_Hall_loop(void) 
{
    PWMZD_count++;
    if(PWMZD_count==25)
	  {
	    PWMZD_count=0;
	    Hall_Three_Speedcale(); 

      pi_spd.Ref = SpeedRef;
      pi_spd.Fbk = Hall_Three.Speed_RPM;
      PI_SPEED_MACRO(pi_spd);//速度PI控制器 
    }
    
     ThreeHallanglecale();//得到角度
    
     AngleSin_Cos.IQAngle = Hall_Three.ele_angleIQ;

     ADC_Sample();//采集电流 得到UV电流
       
     AngleSin_Cos.IQSin = _IQsinPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
     AngleSin_Cos.IQCos = _IQcosPU(AngleSin_Cos.IQAngle);
    /*****************************************************************************/
   
    
  /**************Clark变换****************/
     ClarkI.As = AdcValue.PhaseUCurr;
     ClarkI.Bs = AdcValue.PhaseVCurr;
     CLARK_MARCO(ClarkI);//clark变换 
    
  /**************Park变换****************/   
     ParkI.Alpha = ClarkI.Alpha;
     ParkI.Beta  = ClarkI.Beta;
     ParkI.Sine  = AngleSin_Cos.IQSin;
     ParkI.Cosine = AngleSin_Cos.IQCos;
     PARK_MARCO(ParkI);//Park变换 
    
 /************d轴控制器*******************/    
     pi_id.Ref = 0; //给定id
     pi_id.Fbk = ParkI.Ds;  //反馈id     
     PI_MACRO(pi_id);//  d轴控制器
     
 /************q轴控制器*******************/    
     pi_iq.Ref = pi_spd.Out; //速度输出
     pi_iq.Fbk = ParkI.Qs;  //反馈iq     
     PI_MACRO(pi_iq);//  q轴控制器 
     
  /************PARK逆变换*******************/     
     IparkU.Ds = pi_id.Out;
     IparkU.Qs = pi_iq.Out;
    
     IparkU.Sine = AngleSin_Cos.IQSin;//查表得到正弦值
     IparkU.Cosine=AngleSin_Cos.IQCos;//查表得到余弦值

     PARKinv_MARCO(IparkU) 
   
     Svpwm.Ualpha = IparkU.Alpha;
     Svpwm.Ubeta =  IparkU.Beta;
     
     SMO_Angle(ClarkI.Alpha,ClarkI.Beta,IparkU.Alpha,IparkU.Beta); //滑膜估算角度
    
     SVPWM_Gen(&Svpwm); //得到占空比
     PWM_CMP(); //得到PWM比较值
        
}

        增加了一个上位机接口，用于观测电流波形Iabc，SMO和speed。上位机用的是VOFA，一个开源的上位机。

 这是Iabc的波形。

这是SMO波形 

这是 速度speed波形

整体测试还算好吧，后续还有很多工作需要做。最后是测试视频