自中科昊芯推出專題闡述HXS320F28034雙電機有感FOC控制系統實現以來，第一期主要分析了雙電機有感FOC控制原理，第二期著重分析了永磁BLDC的霍爾位置開環控制，第三期著重分析了永磁BLDC的雙閉環調速，第四期著重分析了永磁PMSM雙閉環FOC調速，本期基于上期的方案做了一個拓展，增加了位置閉環優化，實現永磁電機三閉環有感伺服控制，并繼續基于平頭哥半導體有限公司的劍池集成開發環境（簡稱“CDK”）V2.12.1版本與HXS320F28034驅動一體板聯合開發。

PMSM三閉環有感伺服原理如圖1，系統給定位置θ*與差分增量式編碼器計算所得實際角度位置θ相比較，經位置PI運算得到給定轉速n*，與差分增量式編碼器計算所得實際轉速nfbk相比較，經速度PI運算得到q軸電流給定值iq*，采用id*=0控制，與霍爾電流采樣得到三相實際電流ia,ib,ic，經CLARK與PARK變換所得d軸與q軸電流id,iq進行比較，經電流PI輸出調節電壓Ud*,Uq*，經反PARK變換得到調節電壓Uα*,Uβ*，經空間矢量脈寬調制SVPWM輸出三路開關管切換時間Tcm1,Tcm2,Tcm3，與三路PWM輸出三角載波相比較得到六路調制脈寬，驅動控制三相六橋臂MOSFET逆變器通斷，實現三閉環伺服的位置精確控制。

圖1 PMSM三閉環有感伺服系統框圖

依照上述原理，設計HXS320F28034 PMSM三閉環有感伺服系統如圖2，通過GPIO按鍵控制電機使能與位置給定，轉子位置與速度檢測通過QEP模塊實現，電流采樣通過ADC模塊實現，經三閉環PI調節輸出PWM波的導通脈寬，從而實現電機角度位置的精確伺服控制。硬件連接如圖3，圖中的小黑色電路板為差分編碼轉換器，讀者可根據需要自行采購。

圖2 系統硬件原理圖

圖3 系統硬件連接

系統所采用的軟硬件開發環境詳見《芯教程丨平頭哥CDK助力中科昊芯HX2000系列芯片之雙電機有感FOC控制系統專題（一）》。

根據上述分析，基于CDK開發PMSM三閉環有感伺服系統，代碼包括：PWM、QEP的外設GPIO引腳配置、三路三相PWM波輸出配置，QEP初始化配置與差分編碼器位置采樣、轉速與電角度計算、ADC初始化配置與電流采樣、PMSM斜坡啟動編碼器校正、PI調節算法、CLARK、PARK正逆變換、SVPWM算法調制的EPWM事件觸發中斷服務程序，主程序執行調用，其中SVPWM算法調制的EPWM事件觸發中斷服務程序代碼為：

1.voidINTERRUPTepwm1_isr(void)

2.{

3./*出于安全考慮，默認驅動板上電時封波，按下GPIO7后，電機開始啟動*/

4.if(GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO7==0)

5.{

6.epwm_flag++;

7.}

8./*判斷啟動脈沖信號是否產生，產生后電機開始啟動*/

9.if(epwm_flag!=0)

10.{

11./*啟動計時*/

12.start_step++;

13./*扇區讀取:用于獲取確定的轉子初始位置與對應的SVPWM初始扇區*/

14.sector_uvw();

15./*斜坡啟動與調速：200rpm斜坡加速啟動后調速，300個計數內完成啟動*/

16.if((speed_ref1<300)&&(start_step<=300))

17.{

18./*斜坡啟動*/

19.start_ramp();

20.}

21.else

22.{if((speed_add!=0)||(speed_sub!=0))

23.{

24./*按計數，分配在不同時段實現調速與轉子位置伺服控制*/

25.speed_theta_regulated();

26.if(theta_reg<250000)

27.{/*調速*/

28.speed_regulated();

29.}

30.else

31.{/*角度調整*/

32.theta_regulated();

33./*位置閉環*/

34.servo_loop();

35.}

36.}

37.}

38./*轉速閉環*/

39.speed_loop();

40./*電流閉環*/

41.current_loop();

42./*給定固定初始角度使電機轉過最大反電勢點，讀取校正值=此時脈沖計數*/

43.theta=theta_open;

44./*根據差分編碼器的霍爾信號判斷電機反電勢是否處于最大值*/

45.if(theta==NA*_IQ7(PI/3)+_IQ7(PI/6))

46.{

47.iel_int++;

48.}

49./*反電勢最大時，切電角度閉環，使編碼器零位與電機零位對齊，完成啟動*/

50.if(iel_int!=0)

51.{

52./*計算電角度*/

53.theta=freq*_IQ7(2*PI);

54.}

55./*兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系*/

56.iPark();

57./*空間矢量旋轉變換*/

58.svpwm_motor();

59./*調制占空比輸出配置*/

60.epwm_compare();

61.}

62./*清除事件中斷的INT全局中斷*/

63.EPwm1Regs.ETCLR.bit.INT=1;

64./*中斷應答，鎖定IER的第3組中斷向量*/

65.PieCtrlRegs.PIEACK.all=PIEACK_GROUP3;

66.}

CDK上開發PMSM三閉環有感伺服系統控制程序，其編譯結果為：

編譯通過后，可以開始調試，其調試結果如下：

調試后，控制PMSM在400rpm~600rpm調速與調節轉子位置的效果如下：

關于中科昊芯

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