【代码库】基于FRDM-MCXA153 的 PMSM 无传感器 FOC_电路方案

AN14099：使用 MCXA153 的 PMSM 无传感器 FOC

本应用笔记介绍了如何在基于恩智浦 MCXA153 MCU 的 FRDM-MCXA153 开发板上实现三相永磁同步电机 (PMSM) 的无传感器磁通定向控制 (FOC)。

有关如何使用该软件的完整说明，请参阅AN14099。MCXA系列 MCU 扩展了 MCX Arm? Cortex?-M33 产品系列，提供多种高速连接，工作频率高达 96 MHz，并具备串行外设、定时器、模拟和低功耗特性。

增强型 Flex 脉冲宽度调制器 (eFlexPWM) 包含三个子模块，每个子模块都有一个 16 位计数器，可与 192MHz 时钟源配合使用，并支持一对互补输出和 3 个故障输入。

模拟组件包括一个 16 位、最多 16 通道、最高 4Msps 采样率的 SAR ADC 和两个模拟比较器。

本应用笔记主要介绍PMSM FOC的原理、利用NXP 开发套件的硬件和软件实现，包括详细的外设设置、驱动说明和FreeMASTER操作指南。

主板：FRDM-MCXA153

类别：电机控制

外设：ADC、PWM

工具链：MCUXpresso IDE

1.软件

下载并安装MCUXpresso IDE V11.9.0 或更高版本。
下载并安装最新版本的FreeMASTER (3.2.2.2)。
从 Git 存储库an-pmsm-foc-mcxa153下载代码。
适用于 Visual Studio Code 的 MCUXpresso：此示例支持适用于 Visual Studio Code 的 MCUXpresso，有关如何使用 Visual Studio Code 的更多信息请参阅此处。

2.硬件

FRDM-MCXA153 开发板。
FRDM-MC-LVPMSM。
LINIX 45ZWN24 电机。
个人电脑
USB Type-C 电缆和 24V 适配器。

3. 设置

打开 MCUXpresso IDE，在快速启动面板中，选择从应用程序代码中心导入
在搜索栏中输入演示名称。
点击复制GitHub链接，MCUXpresso IDE将自动检索项目属性，然后单击下一步>。
选择主分支然后点击Next>，选择MCUXpresso工程，点击Finish按钮完成导入。
单击“Build”开始编译项目。

3.2 第 2 步

将FRDM-MC-LVPMSM扩展板连接到FRDM-MCXA153开发板的J1~J4 Arduino 接口。将电机的三相线按相序（白色宽线代表A相；蓝色宽线代表B相；绿色宽线代表C相）连接到 FRDM-MC-LVPMSM 开发板的 J7 接口。使用 24V 适配器为 FRDM-MC-LVPMSM 开发板供电。编译项目并使用 USB 数据线通过J15接口连接到 EVK 开发板。使用 MCU-LINK 将程序下载到 MCU。

3.3 步骤 3

编译项目并将程序下载到 MCU。按下 FRDM 板上的 SW3 按钮可控制电机运行或停止。或者使用代码包中的 FreeMASTER 项目“pmsm_frac.pmpx”来控制电机、改变转子转速以及查看转速或其他值。

4. FreeMASTER 操作

FreeMASTER 可用于完全控制并轻松调整无传感器 FOC 应用。此处更详细地描述了 FreeMASTER 中演示程序不同控制模式的操作。

4.1 标量控制

标量控制图是最简单的电机控制技术。定子电压幅值与频率之比必须保持在标称值。因此，该控制方法有时被称为伏/赫兹或 V/Hz。即使不直接使用估计的位置信息，位置估计 BEMF 观测器和跟踪观测器算法也在后台运行。
选择 FreeMASTER 项目的“标量控制”子模块，并在变量监视窗口中选择 MACT 控制的“SCALARCONTROL[0]”模式。

4.2 电流控制

电流 FOC 控制需要转子位置反馈，并将电流变换到 dq 坐标系。电机控制有两个参考变量 Idreq 和 Iqreq。d 轴电流分量 idreq 负责转子磁通控制。q 轴电流分量 iqreq 产生扭矩，通过施加扭矩，电机开始运转。通过改变 iqreq 的极性，电机可以改变旋转方向。假设 BEMF 观测器已正确调整，则可以使用电流 FOC 控制结构调整电流 PI 控制器。