PMSM управление двигателем KUGOO серии S

[dv_com]

Захотелось разобраться с микроконтроллером STM32F103C8T6. И решил это сделать построив PMSM контроллер управления двигателем электросамоката KUGOO S3.
Начал с простого:
1. Плата дисплея.
Схема:

Скрытый текст

Печатная плата:
ссылка
Прошивка:
ссылка
Настройки:

Скрытый текст

Предназначена для работы с кастомным контроллером МК. Предусмотрена работа и со стоковым контроллером, но для этого на кабеле навесным монтажом собирается простенькая схема-переходник:

Скрытый текст

Без проблем работает со стоковым контроллером. Все заявленное реализовано, кроме, конечно, режима PMSM и реверса.
Протокол совпадает с протоколом взаимодействия с контроллером МК первого поколения описанного уважаемым Sonar в этой теме ссылка
Круиз контроль в режиме "кастом" включается или при равномерной езде в течении времени, задаваемого в настройках, или кратковременным нажатием кнопки питания. Отключается нажатием тормоза, газа, кнопки питания.
Присутствуют часы реального времени с подпиткой от батарейки 3В, подключаемой в разъем J5.
Для слабых батарей или при желании ограничить мощность можно задать максимальные ток  и скорость для каждого из режимов скорости.
Поддерживаются 3 вида излучателей;
1.Со встроенным генератором 36 В. Распаиваются R8, R9, Q2,  JMP2. Элементы С22-С25, R22,R24,R25,JMP1,DA3 не устанавливаются!. В настройках режим стандарт.
2..Со встроенным генератором 5 В. Распаиваются R8, R9, Q2,  JMP1. Элементы С22-С25, R22,R24,R25,JMP2,DA3 не устанавливаются!  В настройках режим стандарт.
3. Динамик 5В. Распаиваются С22-С25, R22,R24,R25,DA3. Элементы JMP1, JMP2, R8, R9, Q2 не устанавливаются!  В настройках режим PWM.
Настройки звука: Стандарт - используется излучатель с встроенным генератором.
PWM - Сейчас это генератор звуковой частоты для динамиков и излучателей без встроенного генератора. В дальнейшем можно будет и поинтереснее придумать, пока только тупо сигнал.
При замыкании контактов J1 звучит прерывистый сигнал низкой тональности. Я посадил на переключатель, при езде по тротуарам предупреждает пешеходов о приближении.
Память может быть FM24CL16, FM24CL32, FM24CL64 - у этих не ограниченный ресурс, допустимы также чипы серии 24LC, но у них ресурс ниже, а перезапись километража идет каждую секунду. Для памяти FM24CL16 нужна перемычка JMP3, для остальных не надо.

Выражаю свою благодарность vlad-2015. Мне очень помогла его тема с кастомной прошивкой стокового контроллера. ссылка

Плата контроллера МК:

Скрытый текст

//В переделке

Печатная плата:
//В работе

И вот здесь засада.
За основу взял ссылка
Прошивка:
//В работе

[dv_com]

При текущих параметрах крутится, гудит и жрет ток. Явно что-то не так. Любые изменеия параметров ведут только к ухудшению. Чего-то я не допонимаю. Теоретически должно работать, но не хочет)))). Осциллографа пока нет, посмотреть, что по факту генерит. На неделе найду, а пока только теоретические поиски косяка.... Может кто подскажет - где засада скрывается?

[Sonar]

 dv_com, спасибо за тему! Дело нужное. Если не трудно - перезалейте, пожалуйста, скрины схем с бОльшим разрешением. Не прочитать номиналы и назначение выводов. Может что интересное и для себя подчерпну.
Смотрел фото контроллера мотор-колеса, но не понял, он влезает в стандартный корпус куговского контроллера?

[inwin]

 dv_com, можно коротко по разным типам управлениям двигателя?
1. трапеция
2. синус
3. вектор

[dv_com]

Sonar

,
Перезалил, сейчас читаемо.

[dv_com]

можно коротко по разным типам управлениям двигателя?
1. трапеция
2. синус
3. вектор

1. Трапеция: ссылка
Реализовано в первом приближении, но не интересно. Обвязку защит не делал, пока нет основы смысла нет...
2. Синус: ссылка
На данный момент пытаюсь реализовать эту идею.
3. Векторное: Слишком сложное, пока не рассматривал, но в идеале нужно идти к нему. Не уверен, что этот проц потянет. Если кто подскажет с чего начать, буду пробовать.

[Sonar]

 dv_com, мне при отладке своего контроллера очень помог логический анализатор. Может быть он и вам больше поможет, чем осциллограф? Управление на драйвера всё равно идет цифровое, да и с холлов приходят логические состояния.
А для векторного управления надо ставить, как минимум, два датчика тока на две любые фазы двигателя, а ток третьей фазы вычисляется программно. Кто-то не заморачивается и использует три датчика тока, по датчику на каждую фазу.

[dv_com]

Sonar

Да, наверное. Уже на подходе, 16-канальная приставка к компу. Уже в Новосибирске растаможилась, скоро должна придти.
Добавлено 14 Июн 2020 в 12:12

А для векторного управления надо ставить, как минимум, два датчика тока на две любые фазы двигателя, а ток третьей фазы вычисляется программно. Кто-то не заморачивается и использует три датчика тока, по датчику на каждую фазу.

Вменяемых примеров не нашел, пока теорию изучаю. Как буду думать, что готов - попробую реализовать))

[dv_com]

Ради интереса попробовал запустить дисплеи от NOKIA 1100:

Скрытый текст

Заказал печатную плату, как придет попробую реализовать, может получше читаемость будет...

[edw123]

 dv_com, можно коротко по разным типам управлениям двигателя?
1. трапеция
2. синус
3. вектор

2. синус - можно вывести на обоих типах управления: и векторный и скалярный, в недорогих контроллерах - скалярный синус. Трапецию на векторном вроде не делают, хотя тоже можно, если магнитная система у мотора больше подходит. При векторном типе управляется одновременно по трем фазам, при скалярном - по двум. Форма тока: трапеция или синус или ещё что, это не тип управления.

[dv_com]

Теоретически у нас моторы с трапециадальным управлением, но, говорят, синус им лучше подходит. Вот это я и хочу проверить. Пока только хуже(((. Вот если у кого есть заводской контроллер PMSM, было бы интересно как наше колесо с ним пойдет.

[dv_com]

Смотрел фото контроллера мотор-колеса, но не понял, он влезает в стандартный корпус куговского контроллера?

Да. Размеры платы  и размещение мосфетов специально взял от родного контроллера.

[ssilk]

как наше колесо с ним пойдет.

Колесу пофиг, главное, что в колесо пихает "электронный коллектор".  Ездят же как то куго М4 и аналогичные на псевдосинусе, он у них FOC называется.
Полноценный синус можно получить только от двуполярного питания. Разумеется, это сильно осложняет разводку и увеличивает количество компонентов.
Поэтому  чистый PMSM управляется сразу тремя фазами, когда на одной фазе положительная полуволна, на второй отрицательная, а третья переходит через ноль.
На одной батарейке сформировать отрицательную полуволну без сложной системы инвертирования невозможно, поэтому делают коммутацию концов обмоток.
Получается, что в любом виде, независимо от формы сигнала, у нас будет BLDC. Но, если сильно интересно, у меня есть настоящий синусный контроллер от шпинделя станка (не частотный инвертор), он как раз на 48 вольт, могу попробовать колесо им крутануть. Правда он на 12000 оборотов..)
 

Пока только хуже

Думаю, что у Вас проблема в сдвиге фаз. Образно говоря, мотор крутится вперед на 99% и на 1% назад, отсюда гул и повышенный расход. Разумеется, проценты могут быть и другие.
В модельных контроллерах это регулируется двумя параметрами, таймингом (некоторая величина, на которую ключ открывается раньше) и компенсацией размагничиванием. Наверное, второе для нас не актуально, слишком маленькие обороты.

[dv_com]

могу попробовать колесо им крутануть.

12 000 как бы многовато))) Интересно сравнить звук и потребление на 500 - 1000 оборотов, дабы понять - имеет ли смысл заморачиваться на синус.

Думаю, что у Вас проблема в сдвиге фаз.

Я тоже так думал, пытался регулировать, двигать вперед - назад, нашел оптимальное значение, но оно не идеально. Возможно слишком большой шаг регулировки. Попробую уменьшить.

[Sonar]

имеет ли смысл заморачиваться на синус.

смысл точно имеет. Щелчки при переключениях обмоток точно уйдут совсем, а они дают основной шум при езде. Кстати китайцы для снижения уровня шума при блочной коммутации используют стартовый импульс при каждом переключении состояния холлов. Вы знаете как это работает? Я попробовал такое реализовать на своем контроллере и это, что интересно, действительно дает положительный эффект. Правда у меня этот импульс более растянут, чем на стоке. Пока не разобрался, почему так проихсодит.

[dv_com]

Кстати китайцы для снижения уровня шума при блочной коммутации используют стартовый импульс при каждом переключении состояния холлов. Вы знаете как это работает?

Не в курсе. А что это? Я при каждом переключении состояния холлов просто выставляю коммутацию согласно состояния датчиков. Разницы со стоком не заметил. Надеюсь через неделю придет анализатор, надо будет сравнить графики.

[Sonar]

 dv_com, этот момент я описывал в своем посте в соседней теме: ссылка

Причем в моем случае ширина этого импульса варьируется от силы тока в данный момент времени. Чем больше ток - тем шире импульс. В стоке этот импульс начинает появляться при токах выше 4 ампер и отключается при токах ниже 3-х ампер и не меняет своей ширины. У меня пока только две мысли на этот счет:
1) Импульс усиливает скорость нарастания тока в обмотке при её включении.
2) Импульс позволяет бороться с резонансными частотами при переключениях.

Сколько не искал в интернете на эту тему - нашел только одну статью, но там происходит постоянный сдвиг ШИМ импульсов по фазе.

[dv_com]

Спасибо, почитаю. Я только меняю опережение в зависимости от скорости. Хотя на данный момент первоочередное запустить синус, блочная коммутация скорее запасной режим, а может и вообще не нужен будет.