# Fifth Lichuang Electronic Design Competition# Single-resistance sampling FOC vector control of BLDC brushless motor with hall sensor

Note: * is required.

[Please fill in during the registration stage↓]   1. Self/team introduction: By chance, I entered the motor drive industry in 2000 and have been working in it ever since. Since then, I have studied DC brush motor controllers, brushless controllers, sine wave controllers, and FOC controllers. However, due to limited knowledge and little experience, I took many detours. Therefore, there are some things in the project that cannot be analyzed in detail and the descriptions are inaccurate. I hope you will forgive me. < span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);"> 2. Brief introduction to the work: The windings in the low-cost solution of the BLDC brushless motor with Hall sensor use concentrated windings. Using traditional square wave drive, the motor has characteristics such as electromagnetic noise, torque pulsation, low efficiency, and slow response, which greatly limits the application of concentrated winding BLDC brushless motors with Hall sensors. This project aims to eliminate electromagnetic noise, torque pulsation, low efficiency, slow response and other defects in the application of concentrated winding BLDC brushless motors with Hall sensors, and where smooth starting of the motor is required. FOC (motor field oriented control) is used to control the concentrated winding BLDC brushless motor with Hall sensor, which gives the concentrated winding BLDC brushless motor with Hall sensor greater room for expansion. </ /span>< span lang="EN-US">< /span>

< br> 【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  1、描述项目详情       < span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);">本项目是基于Develop_24_A1开发板 ，开发的采用FOC(电机磁场定向控制)控制集中绕组的带霍尔传感器BLDC无刷电机的控制算法。Develop_24_A1开发板主控芯片采用ST公司的STM32F103C8T6，由于算法是自己自主编写的，可以任意移植到有类似功能的芯片。MOS驱动芯片采用(IR2101S)或(NCP5106B)，< span class="font">< /span>相电流采样采用霍尔电流传感器芯片ACS712ELCTR-05B（最大量程±5A）输入到单片机（本项目采样单电阻采样，故霍尔电流传感器芯片主要方便于示波器监测相电流波形）。三相下臂采用3个采样电阻，通过运放偏置放大，输入到单片机（本项目采样单电阻采样，故3电阻采样电阻将短路处理）。三相下臂集中到单电阻采样，通过运放偏置放大，输入到单片机，并有短路保护电路。< span class="font">< /span>电机采用EL57BL03-75-55636A带霍尔传感器BLDC无刷电机。< span lang="EN-US">< /span>电机参数：< span lang="EN-US">< /span>极数：2对极。< span lang="EN-US">< /span>转速：24V时  3000转/分钟。< span lang="EN-US">< /span>相电阻：R=0.44（100Hz测量）。< span lang="EN-US">< /span>相电感：L=860uH（100Hz测量）。< span lang="EN-US">< /span>反电势：127rpm/1V。< span lang="EN-US">< /span>额定功率：24V时  50-60W。< span lang="EN-US">< /span>额定电流：2A-2.5A< /span> *  2、描述项目所面临的挑战及所解决的问题 < span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);"> 实际在制作项目中遇到很多难点，< span class="font">< /span>第一个难点是SVPWM(电压空间矢量)的理解与实现方法，参考了“MICROCHIP-AN1017-dsPIC BLDC电机控制”中的SVPWM(电压空间矢量)的解析与实现方法，再利用EXCEL强大的制表与图表功能，成功的理解了SVPWM(电压空间矢量)的原理与实现方法。< span class="font">< /span>第二个难点是电流坐标变换与电压反坐标变换，参考了“MICROCHIP-AN1078-PMSM电机FOC控制中文”、“基于STM32的PMSM  FOC软件库培训”文件，共享文件“基于STM32的有感FOC算法学习与实现总结”中的坐标变换理论与数学方程，再利用EXCEL强大的制表与图表功能，成功的理解了电流坐标变换与电压反坐标变换理论与实现的方法，找到了角度与SINE表对应的关系。理解了ID,IQ的波形和在FOC控制中的作用。< span class="font">< /span>第三个难点是电流PID闭环调节,速度PID闭环调节，在调试过程中，充分理解了PID的各个参数对电机稳定运行的作用，并且也理解了哪些参数能影响到电机响应速度；< span class="font">< /span>第四个难点是单电阻的采样与三相电流分解，单电阻采样的时刻，实现的方法，电流值的准确度，然后是三相电流分解的理解与实现方法（有可能可以申请专利）；< span class="font">< /span>第五个难点是霍尔传感器的转子位置分解、定义，理解了霍尔元件的转子位置的分解，定义会影响到电机的效率，并且能准确实现FOC功能，并能使电机平稳启动、稳定运行、低速度运行得到了充分得理解（有可能可以申请专利）；< span class="font">< /span>< /span>第一个难点是SVPWM(电压空间矢量)的理解与实现方法，参考了“MICROCHIP-AN1017-dsPIC BLDC电机控制”中的SVPWM(电压空间矢量)的解析与实现方法，再利用EXCEL强大的制表与图表功能，成功的理解了SVPWM(电压空间矢量)的原理与实现方法。< span class="font">< /span>第二个难点是电流坐标变换与电压反坐标变换，参考了“MICROCHIP-AN1078-PMSM电机FOC控制中文”、“基于STM32的PMSM  FOC软件库培训”文件，共享文件“基于STM32的有感FOC算法学习与实现总结”中的坐标变换理论与数学方程，再利用EXCEL强大的制表与图表功能，成功的理解了电流坐标变换与电压反坐标变换理论与实现的方法，找到了角度与SINE表对应的关系。理解了ID,IQ的波形和在FOC控制中的作用。< span class="font">< /span>第三个难点是电流PID闭环调节,速度PID闭环调节，在调试过程中，充分理解了PID的各个参数对电机稳定运行的作用，并且也理解了哪些参数能影响到电机响应速度；< span class="font">< /span>第四个难点是单电阻的采样与三相电流分解，单电阻采样的时刻，实现的方法，电流值的准确度，然后是三相电流分解的理解与实现方法（有可能可以申请专利）；< span class="font">< /span>第五个难点是霍尔传感器的转子位置分解、定义，理解了霍尔元件的转子位置的分解，定义会影响到电机的效率，并且能准确实现FOC功能，并能使电机平稳启动、稳定运行、低速度运行得到了充分得理解（有可能可以申请专利）；< span class="font">< /span>< /span> *  3、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点 < span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);">硬件方面：本项目是基于Develop_24_A1开发板（系本人自己开发），< span class="font">< /span>< /span>< span class="colour" style="color: rgb(68, 68, 68);">·        < /span>< span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);">Develop_24_A1开发板主控芯片采用ST公司的STM32F103C8T6，由于算法是自己自主编写的，可以任意移植到有类似功能的芯片。MOS驱动芯片采用(IR2101S)或(NCP5106B)，MOS采用< /span>< span class="colour" style="color: rgb(68, 68, 68);">< span class="colour" style="color: rgb(0, 147, 230);">NCE80H11D < /span>/ TO-263-2< /span>< /a>/ TO-263-2< /span>< span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);">（80V,105A,8mΩ）< /span>< span class="colour" style="color: rgb(68, 68, 68);">< span class="size">< /span>< /span>< span class="colour" style="color: rgb(85, 85, 85);">相电流采样采用霍尔电流传感器芯片ACS712ELCTR-05B（最大量程±5A）,输出5V模拟信号通过运放（MCP6002）把模拟信号转换成3.3V模拟信号输入到单片机（本项目采样单电阻采样，故霍尔电流传感器芯片主要方便于示波器监测相电流波形）。三相下臂采用3个采样电阻，通过运放（LMV324ID）偏置放大，输入到单片机（本项目采样单电阻采样，故3电阻采样电阻将短路处理）。三相下臂集中到单电阻采样，通过运放（MCP6002）偏置放大，输入到单片机，并有短路保护电路。芯片有2路PWM输出经RC滤波，可以监测寄存器模拟信号波形，实时了解电机运行状态。< span class="font">< /span>控制电路电源通过LM2576把24V电压转换成单路15V电源（给MOS驱动芯片供电），然后再通过一路LM2576把15V电压转换成单路5V电源（给电机霍尔元件供电，霍尔电流传感器供电），再通过LDO稳压芯片1117-3.3将5V电压转换成单路3.3V电源（提供给单片机供电）。< span class="font">< /span> 软件方面：< span class="font">< /span>编程环境选用ARM官方专业软件KEIL-MDK，配合ST官方的外设库文件，非常方便。控制程序中< span class="font">< /span>1．首先定义电角度分辨率，然后根据电角度分辨率做出SINE表。然后开环设置VD,VQ电压参数，经反坐标变换，形成SVPWM波，让PWM输出SVPWM进行开环运行。< span class="font">< /span>2．加入电流读取程序，确认电流波形类似正弦波，然后电流坐标变换，最后变换出ID,IQ电流参数，< span class="font">< /span>3.  加入电流PID闭环程序，调节PID参数，让电机运行稳定后再加入速度PID闭环程序，调节PID参数让电机运行稳定。< span class="font">< /span>< /span> *  4、项目材料清单展示 Develop_24_A1电机开发板                                    1块 24V  120W开关电源                                             1套 EL57BL03-75-55636A-  带传感器无刷电机              2台 电机安装架                                                         1副 皮带及皮带轮                                                      1副 发电机负载电阻                                                   1套

< br>   5、项目图片上传           5.1、PCB上印制大赛logo图片，若无视为放弃参赛        “见附件开发板特写0.jpg”           5.2、项目其它图片                                                      “见附件开发板特写1.jpg”、 “见附件开发板特写2.jpg”、 “见附件电机与负载.jpg”、 “见附件坐标变换部分代码特写.jpg”    6、演示您的项目并录制成视频上传           6.1、视频上传大赛官网           6.2、B站视频标题和链接                 1. "第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试"‘https://www.bilibili.com/video/BV1Ft4y1q7kH/"                 2."第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-ID电流的波形""https://www.bilibili.com/video/BV1T64y1F7BS/"                 3."第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-IQ电流波形""https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1e7gY/"                 4."第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-单电阻采样电流分解后与霍尔电流采样的波形对比""https://www.bilibili.com/video/BV1pv411C7hu/“                 5.”第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-霍尔位置角的波形“”https://www.bilibili.com/video/BV1m54y1C7XS/“                 6.”第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-根据霍尔位置角合成的SINE波形“https://www.bilibili.com/video/BV1bK4y1a79w/“                 7.”第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-霍尔电流传感器输出IQ电流波形“https://www.bilibili.com/video/BV1J54y1m7RQ/”                 8.“第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-部分代码视频”“https://www.bilibili.com/video/BV1i5411b7gH/”                 9.“第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-功能演示&性能测试-130转低速”“https://www.bilibili.com/video/BV1Yv41117bG/”                10."第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-自我介绍""https://www.bilibili.com/video/BV11p4y1e7JF/"                11."第五届立创电子设计大赛：《带hall传感器的BLDC无刷电机的单电阻采样FOC矢量控制》项目-项目介绍""https://www.bilibili.com/video/BV17z4y1Z7vU/"

< span class="colour" style="color:rgb(170, 170, 170)">< span class="size" style="font-size:12px">注意事项：①：视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；②：视频上传：请同步上传至大赛官网和B站（www.bilibili.com），B站人气TOP10项目将获得1000-5000元现金奖励，其它上传项目获得100元立创商城无门槛券；③：视频标题：第五届立创电子设计大赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如第五届立创电子设计大赛：《自动驾驶》项目-团队介绍。< /span>< /span>< br> < br>   7、是否首次公开发布      “首次发表”           7.1、项目之前是否发表过或获奖，请说明      “首次发表”           7.2、若项目是在原有基础上优化，请说明优化部分     “无”   8、开源文档     “见附件” *  9、参考文献     “见附件”

点击链接了解更多详情：https://www.szlcsc.com/go/dsxq