FOC控制原理8-源码解析3-ADC采样中断

1、基础框图

2、中断代码讲解

(1)ADC中断函数

/* USER CODE END PRIVATE */
/*** 函数功能: ADC1/ADC2中断处理函数* 输入参数: 无* 返 回 值: 无* 说    明: 无*/
void ADC_IRQHandler(void)
{if(LL_ADC_IsActiveFlag_JEOS(ADC1)){// Clear Flags/* 注入转换中断 */ADC1->SR &= ~(uint32_t)(LL_ADC_FLAG_JEOS | LL_ADC_FLAG_JSTRT);TSK_HighFrequencyTask();// 执行高频任务(FOC控制)}
}

这段代码是一个中断处理函数，用于处理 ADC1 和 ADC2 的中断请求。具体来说，它处理的是 ADC1 的注入通道转换结束中断。以下是对这段代码的详细解释：

函数声明

void ADC_IRQHandler(void)

这是一个中断服务例程（ISR），用于处理 ADC1 和 ADC2 的中断请求。函数名 ADC_IRQHandler 是标准的命名方式，与 STM32 系列微控制器的中断向量表中的入口点相匹配。

中断处理逻辑

if(LL_ADC_IsActiveFlag_JEOS(ADC1))

这行代码检查 ADC1 的注入通道转换结束（JEOS）标志是否被置位。LL_ADC_IsActiveFlag_JEOS 是一个低层函数（Low-Level，LL），用于检查 ADC1 的 JEOS 标志是否被设置。如果该标志被设置，说明注入通道的转换已经完成。

清除标志

ADC1->SR &= ~(uint32_t)(LL_ADC_FLAG_JEOS | LL_ADC_FLAG_JSTRT);

如果 JEOS 标志被设置，这段代码会清除 ADC1 的状态寄存器（SR）中的 JEOS 和 JSTRT 标志。LL_ADC_FLAG_JEOS 和 LL_ADC_FLAG_JSTRT 是预定义的常量，分别表示注入转换结束标志和注入转换启动标志。通过与操作符 & 和按位取反操作符 ~，可以清除这些标志。

执行高频任务

TSK_HighFrequencyTask();

这行代码调用了一个名为 TSK_HighFrequencyTask 的函数，用于执行高频任务，例如 FOC（Field-Oriented Control，磁场定向控制）控制。FOC 是一种用于电机控制的高级技术，通常需要高精度和高频率的实时处理。

总结

• 功能：处理 ADC1 的注入通道转换结束中断。
• 输入参数：无。
• 返回值：无。
• 说明：
  • 检查 ADC1 的 JEOS 标志是否被设置。
  • 如果设置，清除 JEOS 和 JSTRT 标志。
  • 调用 TSK_HighFrequencyTask 函数执行高频任务。

通过这种方式，中断处理函数确保在 ADC1 的注入通道转换完成后，能够及时清除相关的中断标志并执行必要的任务。这对于需要高精度和实时性的应用（如电机控制）非常重要。

(2)高频任务

/*** 函数功能: 高频任务* 输入参数: 无* 返 回 值: 无* 说    明: 执行频率是ADC的采样频率,也就是PWM频率*/
uint8_t TSK_HighFrequencyTask(void)
{uint8_t bMotorNbr = 0;uint16_t hFOCreturn;HALL_CalcElAngle (&HALL_M1);          // 计算电角度hFOCreturn = FOC_CurrController(M1); // FOC 电流控制if(hFOCreturn == MC_FOC_DURATION)    // 在执行FOC算法期间出现定时器更新事件{STM_FaultProcessing(&STM[M1], MC_FOC_DURATION, 0);// 错误报警}return bMotorNbr;
}

这段代码定义了一个名为 TSK_HighFrequencyTask 的函数，用于执行高频任务，通常与电机控制相关。以下是对这段代码的详细解释：

函数声明

uint8_t TSK_HighFrequencyTask(void)

这是一个无参数的函数，返回值类型为 uint8_t。函数的名称 TSK_HighFrequencyTask 表示这是一个高频任务，通常在每次 ADC 采样中断时调用，执行频率与 ADC 的采样频率（也就是 PWM 频率）相同。

函数功能

• 功能：执行高频任务，主要用于电机控制。
• 输入参数：无。
• 返回值：bMotorNbr，一个 uint8_t 类型的值，表示电机编号。
• 说明：执行频率是 ADC 的采样频率，也就是 PWM 频率。

函数体

uint8_t bMotorNbr = 0;
uint16_t hFOCreturn;HALL_CalcElAngle (&HALL_M1);          // 计算电角度hFOCreturn = FOC_CurrController(M1); // FOC 电流控制
if(hFOCreturn == MC_FOC_DURATION)    // 在执行FOC算法期间出现定时器更新事件
{STM_FaultProcessing(&STM[M1], MC_FOC_DURATION, 0);// 错误报警
}
return bMotorNbr;

详细解释

1. 变量声明

   uint8_t bMotorNbr = 0;
   uint16_t hFOCreturn;
   

   • bMotorNbr：用于存储电机编号，初始值为 0。
   • hFOCreturn：用于存储 FOC 电流控制函数的返回值。

2. 计算电角度

   HALL_CalcElAngle (&HALL_M1);          // 计算电角度
   

   • HALL_CalcElAngle 是一个函数，用于计算电机的电角度。HALL_M1 是一个结构体指针，指向与电机 1 相关的霍尔传感器数据。

3. FOC 电流控制

   hFOCreturn = FOC_CurrController(M1); // FOC 电流控制
   

   • FOC_CurrController 是一个函数，用于执行 FOC 电流控制。M1 是一个表示电机 1 的常量或枚举值。该函数的返回值存储在 hFOCreturn 中。

4. 错误处理

   if(hFOCreturn == MC_FOC_DURATION)    // 在执行 FOC 算法期间出现定时器更新事件
   {STM_FaultProcessing(&STM[M1], MC_FOC_DURATION, 0);// 错误报警
   }
   

   • 检查 hFOCreturn 是否等于 MC_FOC_DURATION，这表示在执行 FOC 算法期间出现了定时器更新事件。
   • 如果条件成立，调用 STM_FaultProcessing 函数进行错误处理。STM[M1] 是一个指向与电机 1 相关的故障处理数据的指针，MC_FOC_DURATION 和 0 是错误处理函数的参数。

5. 返回值

   return bMotorNbr;
   

   • 函数返回 bMotorNbr，表示电机编号。

总结

• 功能：执行高频任务，主要用于电机控制。
• 输入参数：无。
• 返回值：bMotorNbr，表示电机编号。
• 说明：
  • 计算电机的电角度。
  • 执行 FOC 电流控制。
  • 如果在 FOC 电流控制期间出现定时器更新事件，进行错误处理。
  • 返回电机编号。

这段代码通常用于需要高精度和高频率实时控制的电机控制系统中，确保电机的稳定运行和高效控制。

(3)计算电角度

/*** 函数功能: 计算电角度* 输入参数: @pHandle* 返 回 值: 电角度(s16degree)* 说    明: dpp(每周期的数字量化值(s16degree), 将每采样周期的数值累加就得到所需值)*/
int16_t HALL_CalcElAngle( HALL_Handle_t * pHandle )
{if ( pHandle->_Super.hElSpeedDpp != HALL_MAX_PSEUDO_SPEED ) //最高转速{pHandle->MeasuredElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp;pHandle->TargetElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp;pHandle->_Super.hElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp + pHandle->CompSpeed;pHandle->PrevRotorFreq = pHandle->_Super.hElSpeedDpp;}else{pHandle->_Super.hElAngle += pHandle->PrevRotorFreq;}return pHandle->_Super.hElAngle;
}

这段代码是一个函数，用于计算电角度（electrical angle）。电角度是电机控制中一个重要的参数，它反映了电机转子的位置和速度。下面是对这段代码的详细解释：

函数声明

int16_t HALL_CalcElAngle(HALL_Handle_t * pHandle)

• 函数名: HALL_CalcElAngle
• 返回值: int16_t，表示电角度，类型为16位有符号整数。
• 参数: HALL_Handle_t * pHandle，这是一个指向结构体的指针，包含了与霍尔传感器相关的信息和状态变量。

函数逻辑

1. 条件判断：

   if (pHandle->_Super.hElSpeedDpp != HALL_MAX_PSEUDO_SPEED)
   {...
   }
   else
   {pHandle->_Super.hElAngle += pHandle->PrevRotorFreq;
   }
   

   • 条件: 检查当前的电速度（hElSpeedDpp）是否不等于最大伪速度（HALL_MAX_PSEUDO_SPEED）。
   • 最大伪速度: 可能表示电机处于最高转速状态。

2. 如果电速度不等于最大伪速度：

   • 更新测量电角度:

     pHandle->MeasuredElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp;
     

     • MeasuredElAngle：累计每周期的电角度增量，表示实际测量的电角度。

   • 更新目标电角度:

     pHandle->TargetElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp;
     

     • TargetElAngle：可能用于控制算法中的目标角度。

   • 更新电角度:

     pHandle->_Super.hElAngle += pHandle->_Super.hElSpeedDpp + pHandle->CompSpeed;
     

     • hElAngle：综合考虑了电速度和补偿速度（CompSpeed）的电角度。

   • 保存前一次的转子频率:

     pHandle->PrevRotorFreq = pHandle->_Super.hElSpeedDpp;
     

     • PrevRotorFreq：保存上一次的电速度值，可能用于在下次电速度为最大伪速度时使用。

3. 如果电速度等于最大伪速度：

   • 更新电角度:

     pHandle->_Super.hElAngle += pHandle->PrevRotorFreq;
     

     • 在最高转速时，使用前一次的转子频率来更新电角度，以避免使用最大伪速度值。

4. 返回电角度:

   return pHandle->_Super.hElAngle;
   

   • 返回更新后的电角度值。

总结

这个函数通过累加每周期的电角度增量来计算电角度，考虑了电机的电速度和补偿速度，并在最高转速时使用前一次的转子频率来更新电角度，以确保角度计算的连续性和准确性。.Transactional和湝higher溹㎕ข้อความ

(4)FOC电流控制器

/*** 函数功能: FOC电流控制器* 输入参数: @bMotor 电机编号* 返 回 值: @MC_NO_FAULTS or @MC_FOC_DURATION * 说    明: 获取电角度,相电流*/
inline uint16_t FOC_CurrController(uint8_t bMotor)
{Curr_Components Iab, Ialphabeta, Iqd;Volt_Components Valphabeta, Vqd;int16_t hElAngle;uint16_t hCodeError;hElAngle = SPD_GetElAngle(STC_GetSpeedSensor(pSTC[bMotor])); // 电角度PWMC_GetPhaseCurrents(pwmcHandle[bMotor], &Iab); // 获取相电流 根据扇区获取A,B,C相电流 Ia, Ib, IcIalphabeta = MCM_Clarke(Iab);                    // Clarke变换 Ia,Ib,Ic -> Iα,IβIqd = MCM_Park(Ialphabeta, hElAngle);            // Park变换   Iα,Iβ - >  Iq,IdVqd.qV_Component1 = PI_Controller(pPIDIq[bMotor],// PI控制器   Iq -> Vq(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component1) - Iqd.qI_Component1);Vqd.qV_Component2 = PI_Controller(pPIDId[bMotor],// PI控制器   Id -> Vd(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component2) - Iqd.qI_Component2);Vqd = Circle_Limitation(pCLM[bMotor], Vqd);      // 圆限制 97%Valphabeta = MCM_Rev_Park(Vqd, hElAngle);        // Rev_Park变换 Vq, Vd -> Vα,VβhCodeError = PWMC_SetPhaseVoltage(pwmcHandle[bMotor], Valphabeta);// SVPWM实现函数return(hCodeError);
}

这段代码定义了一个名为 FOC_CurrController 的函数，用于实现 FOC（Field-Oriented Control，磁场定向控制）电流控制。以下是对这段代码的详细解释：

函数声明

inline uint16_t FOC_CurrController(uint8_t bMotor)

这是一个内联函数（inline），用于减少函数调用的开销。函数的输入参数是一个 uint8_t 类型的电机编号 bMotor，返回值是一个 uint16_t 类型的值，表示控制过程中可能出现的错误代码（MC_NO_FAULTS 或 MC_FOC_DURATION）。

函数功能

• 功能：实现 FOC 电流控制。
• 输入参数：@bMotor，电机编号。
• 返回值：@MC_NO_FAULTS 或 @MC_FOC_DURATION。
• 说明：获取电角度和相电流，进行一系列变换和控制，最终设置相电压。

函数体

Curr_Components Iab, Ialphabeta, Iqd;
Volt_Components Valphabeta, Vqd;
int16_t hElAngle;
uint16_t hCodeError;hElAngle = SPD_GetElAngle(STC_GetSpeedSensor(pSTC[bMotor])); // 电角度
PWMC_GetPhaseCurrents(pwmcHandle[bMotor], &Iab); // 获取相电流 根据扇区获取A,B,C相电流 Ia, Ib, Ic
Ialphabeta = MCM_Clarke(Iab);                    // Clarke变换 Ia,Ib,Ic -> Iα,Iβ
Iqd = MCM_Park(Ialphabeta, hElAngle);            // Park变换   Iα,Iβ - >  Iq,Id
Vqd.qV_Component1 = PI_Controller(pPIDIq[bMotor],// PI控制器   Iq -> Vq(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component1) - Iqd.qI_Component1);Vqd.qV_Component2 = PI_Controller(pPIDId[bMotor],// PI控制器   Id -> Vd(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component2) - Iqd.qI_Component2);
Vqd = Circle_Limitation(pCLM[bMotor], Vqd);      // 圆限制 97%
Valphabeta = MCM_Rev_Park(Vqd, hElAngle);        // Rev_Park变换 Vq, Vd -> Vα,Vβ
hCodeError = PWMC_SetPhaseVoltage(pwmcHandle[bMotor], Valphabeta);// SVPWM实现函数
return(hCodeError);

详细解释

1. 变量声明

   Curr_Components Iab, Ialphabeta, Iqd;
   Volt_Components Valphabeta, Vqd;
   int16_t hElAngle;
   uint16_t hCodeError;
   

   • Iab：用于存储相电流（Ia, Ib, Ic）。
   • Ialphabeta：用于存储 α-β 坐标系中的电流（Iα, Iβ）。
   • Iqd：用于存储 dq 坐标系中的电流（Iq, Id）。
   • Valphabeta：用于存储 α-β 坐标系中的电压（Vα, Vβ）。
   • Vqd：用于存储 dq 坐标系中的电压（Vq, Vd）。
   • hElAngle：用于存储电机的电角度。
   • hCodeError：用于存储控制过程中可能出现的错误代码。

2. 获取电角度

   hElAngle = SPD_GetElAngle(STC_GetSpeedSensor(pSTC[bMotor])); // 电角度
   

   • STC_GetSpeedSensor 函数获取与电机 bMotor 相关的速度传感器数据。
   • SPD_GetElAngle 函数根据速度传感器数据计算电角度，结果存储在 hElAngle 中。

3. 获取相电流

   PWMC_GetPhaseCurrents(pwmcHandle[bMotor], &Iab); // 获取相电流 根据扇区获取A,B,C相电流 Ia, Ib, Ic
   

   • PWMC_GetPhaseCurrents 函数根据与电机 bMotor 相关的 PWM 控制器数据获取相电流（Ia, Ib, Ic），结果存储在 Iab 中。

4. Clarke 变换

   Ialphabeta = MCM_Clarke(Iab);                    // Clarke变换 Ia,Ib,Ic -> Iα,Iβ
   

   • MCM_Clarke 函数将三相电流（Ia, Ib, Ic）转换为 α-β 坐标系中的电流（Iα, Iβ），结果存储在 Ialphabeta 中。

5. Park 变换

   Iqd = MCM_Park(Ialphabeta, hElAngle);            // Park变换   Iα,Iβ - >  Iq,Id
   

   • MCM_Park 函数将 α-β 坐标系中的电流（Iα, Iβ）转换为 dq 坐标系中的电流（Iq, Id），结果存储在 Iqd 中。

6. PI 控制器

   Vqd.qV_Component1 = PI_Controller(pPIDIq[bMotor],// PI控制器   Iq -> Vq(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component1) - Iqd.qI_Component1);
   Vqd.qV_Component2 = PI_Controller(pPIDId[bMotor],// PI控制器   Id -> Vd(int32_t)(FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component2) - Iqd.qI_Component2);
   

   • PI_Controller 函数用于实现 PI 控制器。
   • pPIDIq[bMotor] 和 pPIDId[bMotor] 分别是与电机 bMotor 相关的 Iq 和 Id 控制器。
   • FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component1 和 FOCVars[bMotor].Iqdref.qI_Component2 分别是 Iq 和 Id 的参考值。
   • 计算 Iq 和 Id 的误差（参考值 - 实际值），通过 PI 控制器计算出 Vq 和 Vd，结果分别存储在 Vqd.qV_Component1 和 Vqd.qV_Component2 中。

7. 圆限制

   Vqd = Circle_Limitation(pCLM[bMotor], Vqd);      // 圆限制 97%
   

   • Circle_Limitation 函数对 dq 坐标系中的电压（Vq, Vd）进行圆限制，确保它们在安全范围内。结果存储在 Vqd 中。

8. 反 Park 变换

   Valphabeta = MCM_Rev_Park(Vqd, hElAngle);        // Rev_Park变换 Vq, Vd -> Vα,Vβ
   

   • MCM_Rev_Park 函数将 dq 坐标系中的电压（Vq, Vd）转换为 α-β 坐标系中的电压（Vα, Vβ），结果存储在 Valphabeta 中。

9. 设置相电压

   hCodeError = PWMC_SetPhaseVoltage(pwmcHandle[bMotor], Valphabeta);// SVPWM实现函数
   

   • PWMC_SetPhaseVoltage 函数根据 α-β 坐标系中的电压（Vα, Vβ）设置相电压，使用 SVPWM 技术实现。结果存储在 hCodeError 中，表示控制过程中可能出现的错误代码。

10. 返回值

    return(hCodeError);
    

    • 函数返回 hCodeError，表示控制过程中可能出现的错误代码。

总结

• 功能：实现 FOC 电流控制，用于电机控制。
• 输入参数：@bMotor，电机编号。
• 返回值：@MC_NO_FAULTS 或 @MC_FOC_DURATION。
• 说明：
  • 获取电机的电角度和相电流。
  • 进行 Clarke 变换和 Park 变换，将相电流转换为 dq 坐标系中的电流。
  • 通过 PI 控制器计算 dq 坐标系中的电压。
  • 对电压进行圆限制，确保其在安全范围内。
  • 进行反 Park 变换，将电压转换回 α-β 坐标系。
  • 使用 SVPWM 技术设置相电压。
  • 返回控制过程中可能出现的错误代码。