基于梁山派的双路Foc无刷驱动板设计 - 嘉立创EDA开源硬件平台

项目简介：

本驱动板以DRV8313PWPR为驱动芯片，利用板对板连接器连接到梁山派开发板，目的是实现小电流云台无刷电机的控制。

电源模块：

电源采用TPS5430DDA + AMS1117制造 5V和 3.3V电压，5v电源通过排针与梁山派相连。

驱动模块：

驱动模块采用DRV8313驱动芯片，配合INA240两路电流采样，实现Foc驱动电路。

实物模型展示：

驱动板接口

LCD

板载1.1.4寸屏幕，驱动芯片ST7789，使用协议spi4传输。

端口分配

SDA    <-> LCD_MOSI <->  PC9

SCL    <->  LCD_SCLK <->  PC10

RESET<->  LCD_RST   <->  PA15

RS      <->  LCD_DC    <->  PA14

CS      <->  LCD_CS    <->   PC11

按键

板载3个按键，加入电容消抖处理。端口需要内部上拉

SW1 <->   PC6

SW2 <->   PD1

SW3 <->   PD5

电机端口

电机1

使用 TIMER1 定时器

U1  <->   PA0 <->  TIMER1_CH0

V1  <->   PA1 <->  TIMER1_CH1

W1 <->   PA2 <->  TIMER1_CH2

EN1  <-> PC1

电机2

使用 TIMER0 定时器

U2  <->  PB13 <-> TIMER0_CH0_ON

V2  <->  PB14 <-> TIMER0_CH1_ON

W2 <->  PB15 <-> TIMER0_CH2_ON

EN2 <-> PG7

编码器

板载两个编码器接口，使用 I2C协议

接口1

PB6 <-> I2C0_SCL

PB7 <-> I2C0_SDA

接口2

PA8 <-> I2C2_SCL

PC9 <-> I2C2_SDA

电流采样ADC

M1_U_ADC  <->   PF9 <-> ADC2_IN7

M1_V_ADC  <->   PF7 <-> ADC2_IN5

M2_U_ADC  <->   PA4 <-> ADC01_IN4

M2_V_ADC  <->   PA6 <-> ADC01_IN6

无刷开环程序

实现简单的开环控制，让电机转起来。程序使用SIMPLE FOC开源代码，附简单注释

void setPhaseVoltage(float Uq, float Ud, float angle_el)
{
    float Uout;
    uint32_t sector;
    float T0,T1,T2;   //直接控制电机的三相pwm占空比参数
    float Ta,Tb,Tc;
    float U_alpha,U_beta;

    angle_el =_normalizeAngle(angle_el);

    U_alpha=Ud*_cos(angle_el)-Uq*_sin(angle_el);            //park逆变换
    U_beta=Ud*_sin(angle_el)+Uq*_cos(angle_el);
    Uout=_sqrt(U_alpha*U_alpha + U_beta*U_beta) / voltage_power_supply; 
    if(Uout> 0.577)Uout= 0.577;
    if(Uout<-0.577)Uout=-0.577;
    
    sector = (angle_el / _PI_3) + 1;
    
    T1 = _SQRT3*_sin(sector*_PI_3 - angle_el) * Uout;      
    T2 = _SQRT3*_sin(angle_el - (sector-1.0)*_PI_3) * Uout;
    T0 = 1 - T1 - T2;
    
    switch(sector)
    {
        case 1:
            Ta = T1 + T2 + T0/2;
            Tb = T2 + T0/2;
            Tc = T0/2;
            break;
        case 2:
            Ta = T1 +  T0/2;
            Tb = T1 + T2 + T0/2;
            Tc = T0/2;
            break;
        case 3:
            Ta = T0/2;
            Tb = T1 + T2 + T0/2;
            Tc = T2 + T0/2;
            break;
        case 4:
            Ta = T0/2;
            Tb = T1+ T0/2;
            Tc = T1 + T2 + T0/2;
            break;
        case 5:
            Ta = T2 + T0/2;
            Tb = T0/2;
            Tc = T1 + T2 + T0/2;
            break;
        case 6:
            Ta = T1 + T2 + T0/2;
            Tb = T0/2;
            Tc = T1 + T0/2;
            break;
        default:  // possible error state
            Ta = 0;
            Tb = 0;
            Tc = 0;
    }
    
    timer_channel_output_pulse_value_config(BSP_PWM_TIMER,BSP_PWM_UCHANNEL,Ta*10000);
    timer_channel_output_pulse_value_config(BSP_PWM_TIMER,BSP_PWM_VCHANNEL,Tb*10000);
    timer_channel_output_pulse_value_config(BSP_PWM_TIMER,BSP_PWM_WCHANNEL,Tc*10000);
}

实现的功能

程序成功运行的模块

lcd 显示

as5600角度获取

电机开环转动