mbedマイコンによるモータ制御設計法」近畿大学小坂学
https://www.amazon.co.jp/dp/4904774108/
mbed
mbed NXP LPC1768
driver
driver
http://mbed.org/handbook/Windows-serial-configuration
Tera Term
teraterm
http://sourceforge.jp/projects/ttssh2/releases/
DCmotor
DC moter
http://www.mec.kindai.ac.jp/mech/lab/kosaka
Matlab
MATLAB
https://jp.mathworks.com/products/matlab.html
Scilab
SCILAB
http://www.scilab.org
Mat@Scilab
Mat@Scilab
https://www.vector.co.jp/soft/data/edu/se494955.html
制御(control)
比例(P)制御(proportional control)
PI制御(proportional Integral control)
PD制御(proportional differential control)
PID制御(proportional integral differential control)
算譜(source code)
code
http://www.mec.kindai.ac.jp/mech/lab/kosaka
https://os.mbed.com/users/kosakaLab/code/BLDCmotor/
source code | size |
---|---|
UVWpwm.cpp | 12699 |
UVWpwm.h | 1863 |
controller.cpp | 19222 |
controller.h | 6929 |
fast_math.cpp | 2520 |
fast_math.h | 837 |
main.cpp | 9555 |
main.cpp p117, p118
// UVW three phases Blushless DC motor control program using 3 H-bridge driver (ex. TA7291P) and incremental rotary encoder with A, B phase.
// ver. 130903 by Kosaka lab.
#include "mbed.h" /// p.117
#include "rtos.h"
#include "fast_math.h"
#include "controller.h"
#include "UVWpwm.h"
Serial pc2(USBTX, USBRX); // Display on tera term in PC
LocalFileSystem local("mbedUSBdrive"); // save data to mbed USB disk drive in PC /// p.118
//Semaphore semaphore1(1); // wait and release to protect memories and so on
//Mutex stdio_mutex; // wait and release to protect memories and so on
Ticker TickerTimerTS0; // Timer interrupt using TIMER3, TS<0.001 is OK. Priority is higher than rtosTimer.
unsigned char fTimerTS2ON=0, fTimerTS3ON=0, fTimerTS4ON=0; // ON/OFF flag for timerTS2, 3, 4.
extern "C" void mbed_reset();
void CallTimerTS2(void const *argument) { // make sampling time TS3 timer (priority 3: precision 4ms)
int ms;
unsigned long c;
while (true) {
c = _count;
if( fTimerTS2ON ){
timerTS2(); // timerTS2() is called every TS2[s].
}
if( (ms=(int)(TS2*1000-(_count-c)*TS0*1000))<=0 ){ ms=1;}
Thread::wait(ms);
}
}
void CallTimerTS3(void const *argument) { // make sampling time TS3 timer (priority 3: precision 4ms)
int ms;
unsigned long c;
while (true) {
c = _count;
if( fTimerTS3ON ){
timerTS3(); // timerTS3() is called every TS3[s].
}
if( (ms=(int)(TS3*1000-(_count-c)*TS0*1000))<=0 ){ ms=1;}
Thread::wait(ms);
}
}
void CallTimerTS4(void const *argument) { // make sampling time TS4 timer (priority 4: precision 4ms)
int ms;
unsigned long c;
while (true) {
c = _count;
if( fTimerTS4ON ){
timerTS4(); // timerTS4() is called every TS4[s].
}
if( (ms=(int)(TS4*1000-(_count-c)*TS0*1000))<=0 ){ ms=1;}
Thread::wait(ms);
}
}
//void stop_fprintf(){ // emergencyStop if fprintf keep busy for 3 secons
// fclose(fp);
// pc2.printf("error: fprintf was in hung-up!");
//}
//#define OLD
int main(){
unsigned short i, i2=0;
FILE *fp = fopen("/mbedUSBdrive/data.csv", "w"); // save data to PC
// char chr[100];
RtosTimer RtosTimerTS1(timerTS1); // RtosTimer priority is osPriorityAboveNormal, just one above main()
Thread ThreadTimerTS3(CallTimerTS3,NULL,osPriorityBelowNormal);
Thread ThreadTimerTS4(CallTimerTS4,NULL,osPriorityLow);
// Priority of Thread (RtosTimer is osPriorityAboveNormal)
// osPriorityIdle = -3, ///< priority: idle (lowest)--> then, mbed ERROR!!
// osPriorityLow = -2, ///< priority: low
// osPriorityBelowNormal = -1, ///< priority: below normal
// osPriorityNormal = 0, ///< priority: normal (default)
// osPriorityAboveNormal = +1, ///< priority: above normal
// osPriorityHigh = +2, ///< priority: high
// osPriorityRealtime = +3, ///< priority: realtime (highest)
// osPriorityError = 0x84 ///< system cannot determine priority or thread has illegal priority
// 指令速度
// float w_ref_req[2] = {20* 2*PI, 40* 2*PI}; // [rad/s](第2要素は指令速度急変後の指令速度)
float w_ref_req[2] = {5* 2*PI, 10* 2*PI}; // [rad/s](第2要素は指令速度急変後の指令速度)
// 指令dq電流位相
// float beta_ref = 30*PI/180; // [rad], 電流位相指令βを30度に
float beta_ref = 35*PI/180; // [rad], 電流位相指令βを30度に
float tan_beta_ref1;
float tan_beta_ref2,tan_beta_ref;
float t; // current time
extern void velocity_loop();
// start_timers(1); // start multi-timers, sampling times are TS0, TS1, TS2, TS3, TS4.
// IPMSMの機器定数等の設定, 制御器の初期化
init_parameters();
p.th[0] = 2*PI/3; //θの初期値
// p.Lq0 = p.Ld; // SPMSMの場合
// p.phi = 0; // SynRMの場合
// w_ref=p.w; // 速度指令[rad/s]
tan_beta_ref1 = tan(beta_ref); // tan30°を計算
tan_beta_ref2 = tan(beta_ref-30*PI/180); // tan0°を計算
tan_beta_ref = tan_beta_ref1; // βの指令値をtan30°に
// シミュレーション開始
pc2.printf("Simulation start!!\r\n");
#ifndef OLD
// start control (ON)
start_pwm();
TickerTimerTS0.attach(&timerTS0, TS0 ); // Sampling period[s] of i_controller
RtosTimerTS1.start((unsigned int)(TS1*1000.)); // Sampling period[ms] of th controller
fTimerTS3ON = 1; // timerTS3 start
fTimerTS4ON = 1; // timerTS3 start
#endif
// set th by moving rotor to th=zero.
f_find_origin=1; // 回転角原点復帰フラグをセット
while( (t = _count*TS0) < TMAX_FIND_ORIGIN ){ // TMAX秒経過するまで制御実行
if (t<1) p.th_const = 0*2*PI*t*1; // Set theta with constant angular velosity
else if(t<3) p.th_const = 9*2*PI*t*1; // Set theta with constant angular velosity
else if(t<5) p.th_const = 15*2*PI*t*1; // Set theta with constant angular velosity
else if(t<TMAX_FIND_ORIGIN-2)
p.th_const = 9*2*PI*t*1; // Set theta with constant angular velosity
else p.th_const = 0*2*PI*t*1; // Set theta with constant angular velosity
#ifdef OLD
timerTS0();
#endif
Thread::wait(1);
}
// IPMSMの機器定数等の設定, 制御器の初期化
init_parameters();
f_find_origin=0;
#ifndef OLD
TickerTimerTS0.detach(); // timer interrupt stop
// start control (ON)
TickerTimerTS0.attach(&timerTS0, TS0 ); // Sampling period[s] of i_controller
RtosTimerTS1.start((unsigned int)(TS1*1000.)); // Sampling period[ms] of th controller
#endif
while( (t = _count*TS0-TMAX_FIND_ORIGIN) < TMAX ){
// debug_p24 = 1;
// 電流位相(dq軸電流)を変化させるベクトル制御
if( t>=0.15 && t<0.19 ){ // 0.15~0.19秒の間に
if( tan_beta_ref>tan_beta_ref2 ){ // βの指令値が0度以上のとき
tan_beta_ref=tan_beta_ref-0.002; // 指令値を小さくする
}
}else{ // 0.15~0.19秒の間でないときに
if( tan_beta_ref<tan_beta_ref1){ // βの指令値が30度以下のとき
tan_beta_ref=tan_beta_ref+0.002; // 指令値を大きくする
}
}
// 目標電流位相をメインルーチンから速度制御メインループへ渡す。
vl.tan_beta_ref = tan_beta_ref;
#if 0
// 速度急変
if( 0.26<=t && t<0.3 ){
vl.w_ref=w_ref_req[1]; // 目標速度をメインルーチンから速度制御メインループへ渡す。
}else{
vl.w_ref=w_ref_req[0];
}
#else
vl.w_ref=0.999*vl.w_ref + (1-0.999)*w_ref_req[0];
#endif
#ifdef SIMULATION
// 負荷トルク急変
if( t<0.4 ){
p.TL = 1;
}else{
p.TL = 2;
}
#endif
#ifdef OLD
if( (++i2)>=(int)(TS1/TS0) ){ i2=0;
timerTS1(&j); //velocity_loop(); // 速度制御メインループ(w_ref&beta_ref to idq_ref)
}
#endif
#ifdef OLD
timerTS0();
//current_loop(); // 電流制御マイナーループ(idq_ref to vuvw)
//vuvw2pwm(); // vuvw to pwm
//sim_motor(); // IPM, dq座標
#endif
// if( (ms=(int)(TS1*1000-(_count-c)*TS0*1000))<=0 ){ ms=1;}// ms=TS0
// debug_p24 = 0;
Thread::wait(1); // 1ms待つ
}
//pc2.printf("\r\n^0^ 2\r\n");
// stop timers (OFF)
stop_pwm();
TickerTimerTS0.detach(); // timer interrupt stop
RtosTimerTS1.stop(); // rtos timer stop
// Thread::wait(1000); // wait till timerTS3 completed
fTimerTS3ON=0;//ThreadTimerTS3.terminate(); //
fTimerTS4ON=0;//ThreadTimerTS4.terminate(); //
//pc2.printf("\r\n^0^ 0\r\n\r\n");
// save data to mbed USB drive
// if ( NULL == (fp = fopen( "/mbedUSBdrive/data.csv", "w" )) ){ error( "" );} // save data to PC
//pc2.printf("\r\n^0^ %d\r\n\r\n",_count_data);
// emergencyStop.attach(&stop_fprintf, 0.001); // emergencyStop if fprintf keep busy for 3 secons
for(i=0;i<_count_data;i++){
//pc2.printf("%d: ",i);
//pc2.printf("%f, %f, %f, %f, %f\r\n",
// data[i][0],data[i][1],data[i][2],data[i][3],data[i][4]); // save data to PC (para, y, time, u)
// sprintf(&chr[0],"Temperature: f ºC\r\n");//,data[i][0]);
// sprintf(&chr[0],"%d, ", data[i][1]);
// fprintf(fp,&chr[0]);
// fprintf( fp, ", ");
// fprintf( fp, "%d, ", data[i][1]*10000);
// fprintf( fp, "\r\n");
//
// pc2.printf("%f, %f, %f, %f, %f\r\n",
// fprintf( fp, "%f, %f, %f, %f, %f\r\n",
// data[i][0],data[i][1],data[i][2],data[i][3],data[i][4]); // save data to PC (para, y, time, u)
//
// wait(0.1);
// Thread::wait(100);
}
//pc2.printf("\r\n^0^ 2\r\n\r\n");
fclose( fp ); // release mbed USB drive
Thread::wait(100);
pc2.printf("Control completed!!\r\n\r\n");
}
controller.cpp p117
// controller.cpp: 各種3相同期モータに対するセンサあり運転のシミュレーション
// Kosaka Lab. 130905
#include "mbed.h"
#include "QEI.h"
#include "controller.h"
#include "UVWpwm.h"
#include "fast_math.h"
Serial pc(USBTX, USBRX); // Display on tera term in PC
motor_parameters p; // モータの定数、信号など
current_loop_parameters il; // 電流制御マイナーループの定数、変数
velocity_loop_parameters vl; // 速度制御メインループの定数、変数
QEI encoder (CH_A, CH_B, NC, N_ENC, QEI::X4_ENCODING);
// QEI(PinName channelA, mbed pin for channel A input.
// PinName channelB, mbed pin for channel B input.
// PinName index, mbed pin for channel Z input. (index channel input Z phase th=0), (pass NC if not needed).
// int pulsesPerRev, Number of pulses in one revolution(=360 deg).
// Encoding encoding = X2_ENCODING, X2 is default. X2 uses interrupts on the rising and falling edges of only channel A where as
// X4 uses them on both channels.
// )
// void reset (void)
// Reset the encoder.
// int getCurrentState (void)
// Read the state of the encoder.
// int getPulses (void)
// Read the number of pulses recorded by the encoder.
// int getRevolutions (void)
// Read the number of revolutions recorded by the encoder on the index channel.
/*********** User setting for control parameters (end) ***************/
AnalogOut analog_out(DA_PORT);
unsigned long _count; // sampling number
float _time; // time[s]
float debug[20]; // for debug
float disp[10]; // for printf to avoid interrupted by quicker process
DigitalOut led1(LED1);
DigitalOut led2(LED2);
DigitalOut led3(LED3);
DigitalOut led4(LED4);
float data[1000][5]; // memory to save data offline instead of "online fprintf".
unsigned int count3; //
unsigned int count2=(int)(TS2/TS0); //
unsigned short _count_data=0;
//DigitalOut debug_p26(p26); // p17 for debug
//DigitalOut debug_p25(p25); // p17 for debug
//DigitalOut debug_p24(p24); // p17 for debug
//AnalogIn VCC(p19); // *3.3 [V], Volt of VCC for motor
//AnalogIn VCC2(p20); // *3.3 [V], Volt of (VCC-R i), R=2.5[Ohm]. R is for preventing too much i when deadtime is failed.
unsigned short f_find_origin; // flag to find the origin of the rotor angle theta
#if 1 //BUG!! if move sqrt2 to fast_math.h, sim starts and completed without working!?
float sqrt2(float x){ // √xのx=1まわりのテイラー展開 √x = 1 + 1/2*(x-1) -1/4*(x-1)^2 + ...
// return((1+x)*0.5); // 一次近似
return(x+(1-x*x)*0.25); // 二次近似
}
#endif
void init_parameters(){ // IPMSMの機器定数等の設定, 制御器の初期化
float r2, r3;
// 対象の機器定数 PA 5HP scroll from IPEC2000 "High Efficiency Control for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor"
// outside diameter of stator 150 mm
// outside diameter of rotor 84.0 mm
// width of rotor 70.0 mm
// maximum speed 7500 r/min (min=900rpm)
// maximum torque 15.0 Nm
// Ψa 0.176 Wb
// Ld 3.50 mH
// Lq 6.30 mH
// Ra 0.143Ω
// Rc 200Ω
#ifdef SIMULATION
p.Ld = 0.0035; // H
p.Lq = 0.0063; // H
p.Lq0 = p.Lq;
p.Lq1 = 0;
p.R = 0.143; // Ω
p.phi = 0.176; // V s
p.Jm = 0.00018; // Nms^2
p.p = 2; // 極対数
#endif
p.th[0] = p.th[1] = 0;
p.w = 0;
p.iab[0] =0; p.iab[1] = 0; // iab = [iα;iβ];
p.vab[0] =0; p.vab[1] = 0; // vab = [vα;vβ];
// UVW座標からαβ座標への変換行列Cuvwの設定
r2 = sqrt(2.);//1.414213562373095;//2^(1/2);
r3 = sqrt(3.);//1.732050807568877;//3^(1/2);
// p.Cuvw =[ r2/r3 -1/r2/r3 -1/r2/r3; ...
// 0 1/r2 -1/r2 ];
p.Cuvw[0][0] = r2/r3; p.Cuvw[0][1] = -1./r2/r3; p.Cuvw[0][2] = -1./r2/r3;
p.Cuvw[1][0] = 0; p.Cuvw[1][1] = 1/r2 ; p.Cuvw[1][2] = -1./r2;
p.w = 0;
// 制御器の初期化
vl.iq_ref=0; // q軸電流指令[A]
vl.w_lpf = 0; // 検出した速度[rad/s]
vl.eI = 0; // 速度制御用偏差の積分値(積分項)
il.eI_idq[0] = 0; // d軸電流制御用偏差の積分値(積分項)
il.eI_idq[1] = 0; // q軸電流制御用偏差の積分値(積分項)
il.e_old[0] = 0; // d軸電流制御用偏差の1サンプル過去の値
il.e_old[1] = 0; // q軸電流制御用偏差の1サンプル過去の値
#ifndef SIMULATION
encoder.reset(); // set encoder counter zero
p.th[0] = p.th[1] = (float)encoder.getPulses()/(float)N_ENC*2.0*PI; // get angle [rad] from encoder
#endif
}
void idq_control(float idq_act[2]){
// dq座標電流PID制御器(電流マイナーループのフィードバック制御)
// 入力:指令dq座標電流 idq_ref [A], 実dq座標電流 idq_act [A], PI制御積分項 eI, サンプル時間 TS0 [s]
// 出力:dq軸電圧指令 vdq_ref [A]
// [vdq_ref,eI_idq] = idq_control(idq_ref,idq_act,eI_idq,ts);
float e[2], ed[2];
// dq電流偏差の計算
e[0] = il.idq_ref[0] - idq_act[0];
e[1] = il.idq_ref[1] - idq_act[1];
// dq電流偏差の積分項の計算
il.eI_idq[0] = il.eI_idq[0] + TS0*e[0];
il.eI_idq[1] = il.eI_idq[1] + TS0*e[1];
// dq電流偏差の微分値の計算
ed[0] = (e[0]-il.e_old[0])/TS0;
ed[1] = (e[1]-il.e_old[1])/TS0;
il.e_old[0] = e[0]; // 電流偏差の1サンプル過去の値を更新
il.e_old[1] = e[1]; // 電流偏差の1サンプル過去の値を更新
// PID制御
// vdq_ref = [Kp_d 0;0 Kp_q]*e + [Ki_d 0;0 Ki_q]*eI;
il.vdq_ref[0] = iKPd*e[0] + iKId*il.eI_idq[0] + iKDd*ed[0];
il.vdq_ref[1] = iKPq*e[1] + iKIq*il.eI_idq[1] + iKDq*ed[0];
}
void current_loop(){ // 電流制御マイナーループ
float th, c, s, Cdq[2][2], iu, iv, iab[2], idq_act[2], vab_ref[2], tmp, prev[2];
if( f_find_origin==1 ){
th = p.th_const;
}else{
th = p.th[0];
}
// αβ座標からdq座標への変換行列Cdqの設定
#if 1 //BUG!! if move sqrt2 to fast_math.h, sim starts and completed without working!?
c = cos(th);
s = sin(th);
#else
c = (float)(_cos(th/(PI/3.)*(float)DEG60+0.5))/65535.;
s = (float)(_sin(th/(PI/3.)*(float)DEG60+0.5))/65535.;
#endif
Cdq[0][0]= c; Cdq[0][1]=s; //Cdq ={{ c, s}
Cdq[1][0]=-s; Cdq[1][1]=c; // {-s, c]};
iu = p.iuvw[0];
iv = p.iuvw[1];
// iw = -(iu + iv); // iu+iv+iw=0であることを利用してiw を計算
// iab = p.Cuvw*[iu;iv;iw];
// iab[0] = p.Cuvw[0][0]*iu + p.Cuvw[0][1]*iv + p.Cuvw[0][2]*iw;
// iab[1] = p.Cuvw[1][0]*iu + p.Cuvw[1][1]*iv + p.Cuvw[1][2]*iw;
// iab[0] = p.Cuvw[0][0]*iu + p.Cuvw[0][1]*(iv+iw);
// iab[1] = p.Cuvw[1][1]*(iv-iw);
iab[0] = (p.Cuvw[0][0]-p.Cuvw[0][1])*iu;
iab[1] = p.Cuvw[1][1]*(iu+2*iv);
// αβ座標電流をdq座標電流に変換
//idq_act = Cdq * iab;
idq_act[0] = Cdq[0][0]*iab[0] + Cdq[0][1]*iab[1];
idq_act[1] = Cdq[1][0]*iab[0] + Cdq[1][1]*iab[1];
// dq電流制御(電流フィードバック制御)
// [vdq_ref,eI_idq] = idq_control(idq_ref,idq_act,eI_idq,ts);
#ifdef USE_CURRENT_CONTROL
idq_control(idq_act);
#else
il.vdq_ref[0] = il.idq_ref[0]/iqMAX*vdqMAX;
il.vdq_ref[1] = il.idq_ref[1]/iqMAX*vdqMAX;
#endif
// dq軸電圧指令ベクトルの大きさをMAX制限してアンチワインドアップ対策
// if( norm(vdq_ref) > vdqmax ){ vdq_ref= vdqmax/norm(vdq_ref)*vdq_ref}
// anti-windup: if u=v_ref is saturated, then reduce eI.
//電圧振幅の2乗 vd^2+vq^2 を計算
tmp=il.vdq_ref[0]*il.vdq_ref[0]+il.vdq_ref[1]*il.vdq_ref[1];
if( tmp > SQRvdqMAX ){ // 電圧振幅の2乗がVMAXより大きいとき
prev[0] = il.vdq_ref[0]; // vdを記憶
prev[1] = il.vdq_ref[1]; // vqを記憶
tmp = sqrt2(SQRvdqMAX/tmp); // 振幅をVMAXまで小さくする比を求める
il.vdq_ref[0] = tmp*il.vdq_ref[0]; // vdにその比をかける
il.vdq_ref[1] = tmp*il.vdq_ref[1]; // vqにその比をかける
il.eI_idq[0] -= (prev[0]-il.vdq_ref[0])/iKId; // 振幅を小さくした分、
if( il.eI_idq[0]<0 ){ il.eI_idq[0]=0;} // I項を小さくする
il.eI_idq[1] -= (prev[1]-il.vdq_ref[1])/iKIq; // q軸にも同じ処理
if( il.eI_idq[1]<0 ){ il.eI_idq[1]=0;}
}
//#define DOUKI
#ifdef DOUKI
il.vdq_ref[0]=0;
il.vdq_ref[1]=vdqMAX;
#endif
//analog_out=il.vdq_ref[1]/3.3+0.4;//koko
// dq座標指令電圧 vd_ref, vq_refからiα, iβを計算
// vab_ref = Cdq'*vdq_ref;
vab_ref[0] = Cdq[0][0]*il.vdq_ref[0] + Cdq[1][0]*il.vdq_ref[1];
vab_ref[1] = Cdq[0][1]*il.vdq_ref[0] + Cdq[1][1]*il.vdq_ref[1];
//analog_out=vab_ref[1]/3.3+0.4;
// モータに印加するUVW相電圧を計算 (vα, vβからvu, vv, vwを計算)
// vu = √(2/3)*va;
// vv = -1/√6*va + 1/√2*vb;
// vw = -1/√6*va - 1/√2*vb;
// p.Cuvw =[ r2/r3 -1/r2/r3 -1/r2/r3; ...
// 0 1/r2 -1/r2 ];
// p.vuvw = p.Cuvw'*vab_ref;
p.vuvw[0] = p.Cuvw[0][0]*vab_ref[0];
p.vuvw[1] = p.Cuvw[0][1]*vab_ref[0] + p.Cuvw[1][1]*vab_ref[1];
p.vuvw[2] = -p.vuvw[0] - p.vuvw[1];
// p.vuvw[0] = p.Cuvw[0][0]*vab_ref[0] + p.Cuvw[1][0]*vab_ref[1];
// p.vuvw[2] = p.Cuvw[0][2]*vab_ref[0] + p.Cuvw[1][2]*vab_ref[1];
}
void vel_control(){
// 速度制御器:速度偏差が入力され、q軸電流指令を出力。
// 入力:指令速度 w_ref [rad/s], 実速度 w_lpf [rad/s], PI制御積分項 eI, サンプル時間 TS1 [s]
// 出力:q軸電流指令 iq_ref [A]
// [iq_ref,eI] = vel_control(w_ref,w_lpf,eI,ts);
float e, ed;
// 速度偏差の計算
e = vl.w_ref - vl.w_lpf;
// 速度偏差の積分値の計算
vl.eI = vl.eI + TS1*e;
ed = (e-vl.e_old)/TS1; // 速度偏差の微分値の計算
vl.e_old = e; // 速度偏差の1サンプル過去の値を更新
// PI制御
vl.iq_ref = wKp*e + wKi*vl.eI + wKd*ed; // PID制御器の出力を計算
}
void velocity_loop(){ // 速度制御メインループ(w_ref&beta_ref to idq_ref)
float tmp, idq_ref[2];
// 速度ωを求めるために、位置θをオイラー微分して、一次ローパスフィルタに通す。
tmp = p.th[0]-p.th[1];
while( tmp> PI ){ tmp -= 2*PI;}
while( tmp<-PI ){ tmp += 2*PI;}
vl.w_lpf = iLPF*vl.w_lpf + tmp/TS0 *(1-iLPF);
tmp=vl.w_lpf/(2*PI) /20; if(tmp>1) tmp=1;else if(tmp<0) tmp=0;
analog_out=tmp;//tmp;//koko
// 速度制御:速度偏差が入力され、q軸電流指令を出力。
// [iq_ref,eI] = vel_control(w_ref,w_act,eI,ts);
vel_control();
// q軸電流指令のMAX制限(異常に大きい指令値を制限する)
// anti-windup: if u=i_ref is saturated, then reduce eI.
if( vl.iq_ref > iqMAX ){
vl.eI -= (vl.iq_ref - iqMAX)/wKi; if( vl.eI<0 ){ vl.eI=0;}
vl.iq_ref = iqMAX;
}else if( vl.iq_ref < -iqMAX ){
vl.eI -= (vl.iq_ref + iqMAX)/wKi; if( vl.eI>0 ){ vl.eI=0;}
vl.iq_ref = -iqMAX;
}
// 電流ベクトル制御
if( vl.iq_ref>=0 ){ tmp = vl.tan_beta_ref;} // 負のトルクを発生させるときはidは負のままでiqを正から負にする
else{ tmp = -vl.tan_beta_ref;}// Tm = p((phi+(Ld-Lq)id) iqより
//idq_ref = {{-tmp, 1}}*iq_ref;
idq_ref[0] = -tmp*vl.iq_ref; idq_ref[1] = vl.iq_ref;
// dq軸電流の目標値を速度制御メインループから電流制御マイナーループへ渡す。
il.idq_ref[0] = idq_ref[0];
il.idq_ref[1] = idq_ref[1];
if( f_find_origin==1 ){
il.idq_ref[0] = iqMAX/1.0; // idをプラス、iqをゼロにして、
il.idq_ref[1] = 0; // 無負荷のときにθ=0とさせる。
}
}
void vuvw2pwm(){ // vu, vv, vwより、UVW相の上アームPWMを発生
float duty_u, duty_v, duty_w;
duty_u = p.vuvw[0]/vdqMAX+0.5; // dutyを計算
duty_v = p.vuvw[1]/vdqMAX+0.5; // dutyを計算
duty_w = p.vuvw[2]/vdqMAX+0.5; // dutyを計算
uvw[0].duty = duty_u; // dutyをPWM発生関数に渡す
uvw[1].duty = duty_v; // dutyをPWM発生関数に渡す
uvw[2].duty = duty_w; // dutyをPWM発生関数に渡す
}
#ifdef SIMULATION
void sim_motor(){
// モータシミュレータ
// 入力信号:UVW相電圧p.vuvw [V]、負荷トルクp.TL [Nm]
// 出力信号:モータ角度p.th[0] [rad], モータ速度p.w [rad/s], モータUVW相電流p.iuvw [A]
// p = motor(p, ts); // IPM, dq座標
float c, s, Cdq[2][2], idq_dot[2], id,iq, vdq[2], idq[2], Tall,TL, Cdq_inv[2][2];
analog_out=p.vuvw[0]/100.+0.5;//debug
// vu, vv, vwからvα, vβを計算
p.vab[0] = p.Cuvw[0][0]*p.vuvw[0] + p.Cuvw[0][1]*p.vuvw[1] + p.Cuvw[0][2]*p.vuvw[2];
p.vab[1] = p.Cuvw[1][0]*p.vuvw[0] + p.Cuvw[1][1]*p.vuvw[1] + p.Cuvw[1][2]*p.vuvw[2];
//printf("vab=%f, %f ",p.vab[0],p.vab[1]);scanf("%f",&c);
// αβ座標からdq座標への変換行列Cdqの設定
c = cos(p.th[0]);
s = sin(p.th[0]);
// Cdq =[ c s; ...
// -s c];
Cdq[0][0] = c; Cdq[0][1] = s;
Cdq[1][0] =-s; Cdq[1][1] = c;
// vα, vβからvd, vqを計算
// vd = c*p.va + s*p.vb;
// vq =-s*p.va + c*p.vb;
// vdq = Cdq * p.vab;
vdq[0] = Cdq[0][0]*p.vab[0] + Cdq[0][1]*p.vab[1];
vdq[1] = Cdq[1][0]*p.vab[0] + Cdq[1][1]*p.vab[1];
// iα, iβからid, iqを計算
// id = c*p.ia + s*p.ib;
// iq =-s*p.ia + c*p.ib;
// idq = Cdq * p.iab;
idq[0] = Cdq[0][0]*p.iab[0] + Cdq[0][1]*p.iab[1];
idq[1] = Cdq[1][0]*p.iab[0] + Cdq[1][1]*p.iab[1];
// get id,iq
// id_dot = (1.0/p.Ld) * ( vd - (p.R*id - p.w*p.Lq*iq) );
// iq_dot = (1.0/p.Lq) * ( vq - (p.R*iq + p.w*p.Ld*id + p.w*p.phi) );
// idq_dot = [p.Ld 0;0 p.Lq]\( vdq - p.R*idq - p.w*[0 -p.Lq;p.Ld 0]*idq - p.w*[0;p.phi]);
idq_dot[0] = (1.0/p.Ld) * ( vdq[0] - (p.R*idq[0] - p.w*p.Lq*idq[1]) );
idq_dot[1] = (1.0/p.Lq) * ( vdq[1] - (p.R*idq[1] + p.w*p.Ld*idq[0] + p.w*p.phi) );
// id = id + ts * id_dot;
// iq = iq + ts * iq_dot;
p.idq[0] = idq[0] + TS0*idq_dot[0];
p.idq[1] = idq[1] + TS0*idq_dot[1];
id = p.idq[0];
iq = p.idq[1];
// 磁気飽和を考慮したLqの計算
p.Lq = p.Lq0 + p.Lq1*abs(iq);
if( p.Lq < p.Ld )
p.Lq = p.Ld;
// モータトルクの計算
p.Tm = p.p * (p.phi + (p.Ld-p.Lq)*id) * iq;
// モータ速度ωの計算
if( abs(p.w) > 5*2*PI )
if( p.w>=0 ) TL= p.TL;
else TL=-p.TL;
else
TL = p.w/(5*2*PI)*p.TL;
Tall = p.Tm - TL;
p.w = p.w + TS0 * (1.0 / p.Jm) * Tall;
// モータ角度θの計算
p.th[0] = p.th[0] + TS0 * p.w;
if( p.th[0]>4*PI)
p.th[0] = p.th[0] - 4*PI;
if( p.th[0]<0 )
p.th[0] = p.th[0] + 4*PI;
// dq座標からαβ座標への変換行列Cdq_invの設定
c = cos(p.th[0]);
s = sin(p.th[0]);
// Cdq_inv =[ c -s; ...
// s c];
Cdq_inv[0][0] = c; Cdq_inv[0][1] =-s;
Cdq_inv[1][0] = s; Cdq_inv[1][1] = c;
// id, iqからiα, iβを計算
//p.iab = Cdq_inv * p.idq;
p.iab[0] = Cdq_inv[0][0]*p.idq[0] + Cdq_inv[0][1]*p.idq[1];
p.iab[1] = Cdq_inv[1][0]*p.idq[0] + Cdq_inv[1][1]*p.idq[1];
// αβ座標からUVW座標への変換行列Cuvw_inv=Cuvw'
// iα, iβからiu, iv, iwを計算
// iu = r2/r3*ia;
// iv = -1/r2/r3*ia + 1/r2*ib;
// iw = -1/r2/r3*ia - 1/r2*ib;
//p.iuvw = p.Cuvw' * p.iab;
p.iuvw[0] = p.Cuvw[0][0]*p.iab[0] + p.Cuvw[1][0]*p.iab[1];
p.iuvw[1] = p.Cuvw[0][1]*p.iab[0] + p.Cuvw[1][1]*p.iab[1];
p.iuvw[2] = p.Cuvw[0][2]*p.iab[0] + p.Cuvw[1][2]*p.iab[1];
}
#endif
void data2mbedUSB(){ // save data to mbed USB drive
if( _count_data<1000 ){
data[_count_data][0]=p.th[0]/*vl.w_ref*/; data[_count_data][1]=p.vuvw[0];
data[_count_data][2]=vl.w_lpf; data[_count_data][3]=_count*TS0; data[_count_data][4]=il.vdq_ref[1];
_count_data++;
}
#if 0
if( _count_data<500 ){
debug[0]=p.vab[0]; debug[1]=p.vab[1]; debug[2]=il.vdq_ref[0]; debug[3]=il.vdq_ref[1]; debug[4]=p.iab[0];
debug[5]=p.iab[1]; debug[6]=p.vuvw[0]; debug[7]=p.vuvw[1]; debug[8]=p.vuvw[2]; debug[9]=p.iuvw[0];
debug[10]=p.iuvw[1]; debug[11]=p.iuvw[2]; debug[12]=p.idq[0]; debug[13]=p.idq[1]; debug[14]=p.TL;
debug[15]=p.Tm; debug[16]=p.w; debug[17]=vl.w_lpf; debug[18]=p.th[0]; debug[19]=_count*TS0;//_time;
//BUG for(j=0;j<19;j++){ fprintf( fp, "%f, ",debug[j]);} fprintf( fp, "%f\n",debug[19]);
for(j=0;j<19;j++){ printf("%f, ",debug[j]);} printf("%f\n",debug[19]);
// for(j=0;j<19;j++){ pc.printf("%f, ",debug[j]);} pc.printf("%f\n",debug[19]);
}
#endif
}
void timerTS0(){ // timer called every TS0[s].
// debug_p26 = 1;
_count++;
_time += TS0;
p.th[1] = p.th[0]; // thを更新
#ifdef SIMULATION
// モータシミュレータ
sim_motor(); // IPM, dq座標
#else
#ifdef DOUKI
led1=1;
p.th[0] += 2*PI*TS0 * 1; if(p.th[0]>4*PI){ p.th[0]-=4*PI;}
//debug[0]=p.th[0]/PI*180;
analog_out=debug[0]/180*PI/4/PI;
led1=0;
#else
// 位置θをセンサで検出
p.th[0] = (float)encoder.getPulses()/(float)N_ENC*2.0*PI; // get angle [rad] from encoder
debug[0]=p.th[0]/PI*180;
debug[1]=p.th[0]/(2*PI); debug[1]=debug[1]-(int)debug[1]; if(debug[1]<0) debug[1]+=1;
debug[0]=debug[1]*360;
//analog_out=debug[1];
#endif
#endif
current_loop(); // 電流制御マイナーループ(idq_ref to vuvw)
vuvw2pwm(); // vuvw to pwm
// debug_p26 = 0;
}
void timerTS1(void const *argument){
// debug_p25 = 1;
velocity_loop(); // 速度制御メインループ(w_ref&beta_ref to idq_ref)
// debug_p25 = 0;
}
void display2PC(){ // display to tera term on PC
pc.printf("%8.1f[s]\t%8.5f[V]\t%8.2f [Hz]\t%8.2f\t%8.2f\r\n",
_time, il.vdq_ref[1], vl.w_lpf/(2*PI), vl.w_ref/(2*PI), debug[0]); // print to tera term
// pc.printf("%8.1f[s]\t%8.5f[V]\t%4d [deg]\t%8.2f\r\n", _time, _u, (int)(_th/(2*PI)*360.0), _r);//debug[0]*3.3/R_SHUNT); // print to tera term
}
void timerTS2(){
}
void timerTS3(){
data2mbedUSB(); // data2mbedUSB() is called every TS3[s].
}
void timerTS4(){
display2PC(); // display to tera term on PC. display2PC() is called every TS4[s].
}
##個人的な算譜見直し(code review)
- BLDCmotor.hを宣言
Serial pc2(USBTX, USBRX); // Display on tera term in PC
はBLDCmotor.hにあれば良い。
道具類(tools)
MATLAB
SCILAB
Treater pro
http://sourceforge.jp/projects/ttssh2/release
#参考文献(reference)
##motor @ qiita
ステッピングモーターをDCモーターの様に扱うモジュール
https://qiita.com/ohisama@github/items/bb22e55bcfff19ae570e
電動機制御算譜(プログラム)設計における3つの罠6つの教訓(実機)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b39b6b7ba0d90dff471d
勝手に!ACサーボ制振制御 動画コンテスト
https://qiita.com/motorcontrolman/items/6c36f8bf08a5d5bdd9d9
モーター制御について
https://qiita.com/Shunk_/items/fe2e8f73abb1dabeffd6
マイコンにおけるDCモーター制御について
https://qiita.com/qa65000/items/4c82bff4f29b80cde1e1
arduinoによるインバータ制御
https://qiita.com/wataame9kukki/items/e22436ae9d1d6b9ddb90
極配置法、状態フィードバック制御を感覚的に理解する
https://qiita.com/motorcontrolman/items/5401d344eb634dc00d42
適応制御の基礎
https://qiita.com/MENDY/items/1ca1409d365b66d7ea6d
線形最適制御(LQR)とRiccatiソルバーについて
https://qiita.com/taka_horibe/items/5d053cdaaf4c886d27b5
システム同定による倒立振子のLQR制御
https://qiita.com/fumiya_sato/items/f33ff2152686a648f2bb
PID制御
0からわかるPID制御
https://qiita.com/RyosukeH/items/9e5ce2ebdadd90e3db00
0からわかるPID制御(実装編)
https://qiita.com/RyosukeH/items/373f6451c4946b1e447e
PythonでPID制御をやってみる
https://qiita.com/BIG_LARGE_STONE/items/4f8af62b3edc4a03c4a5
##mbed @ qiita
【mbed】mbedの使い方(開封からユーザー登録まで)
https://qiita.com/SoyaTakahashi/items/1c9cfcec517048eef7bb
【mbed】mbedの使い方(プログラムを書いて動かす)
https://qiita.com/SoyaTakahashi/items/c4aefd5d5587fac5560f
Mbedでレジスタを直接制御してLチカする
https://qiita.com/matecha851/items/31f01c1c5bae49a65312
matlab @ qiita
MATLABで使いそうな機能まとめ 【MATLAB入門】
https://qiita.com/hamukun8686/items/70c6cafa63a347fc5448
SILS環境の構築のためのDCモータのパラメタ同定及び制御実験入門
https://qiita.com/fumiya_sato/items/dc6c37d4e620b514a1a4
Matlabを使った倒立2輪ロボットの安定化
https://qiita.com/K_A_Lab/items/cd1c568c1984c6068f3a
最適サーボ系(積分型最適サーボ)を実装してみた
https://qiita.com/MENDY/items/9b33ee852d6d43fc523c
最適追従系+積分補償器(最適サーボ)実装してみた
https://qiita.com/MENDY/items/439ea46f2c723031d169
##scilab @ qiita
TOPPERSコンテスト受賞作品紹介(5)第三回(2013)アプリケーション開発部門銅賞 Toppers_JSPとScicos_lab(Scilabでも可)による組込みメカトロニクス制御シミュレーション 塩出 武(個人)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2aa0454c7bde7058e3f1
TOPPERSコンテスト受賞作品紹介(9)第四回(2014)アプリケーション開発部門 金賞Toppers_ASPカーネルとScilab による組込みメカトロニクス制御シミュレーション 塩出武 (個人)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fe398eb623889f587bba
自己参照(self reference)
電動機制御算譜(プログラム)設計における3つの罠6つの教訓(実機)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b39b6b7ba0d90dff471d
「「mbedマイコンによるモータ制御設計法」近畿大学小坂学」を読む
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b8ac7c9b7cb746a4e6ce
プログラマが電動機(electric motor)制御する際に陥る穴
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1f26d75bb1a8fb0f9e1b
mbedマイコンによるモータ制御設計法 参考文献欄
小坂学:センサレスドライブ制御技術の基礎とMATLABシミュレーション,トリケップス,2005
小坂学:高校数学でマスターする制御工学-本質の理解からMat@Scilabによる実践まで,コロナ社,2012
高橋久:C言語によるモータ制御入門講座 SHマイコンで学ぶプログラミングと制御技法,電波新聞社,2007
武田洋次,森本茂雄,松井信行,本田幸夫:埋込磁石同期モータの設計と制御,オーム社,2002
矢部正明,坂廼辺和憲 (三菱電機):過変調 PWMを併用したIPMモータのセンサレス駆動,電気学会回転機研究会資料,RM-01-160, 2001
萩野弘司,井桁健一郎:実験で学ぶDCモータのマイコン制御術,CQ出版社,2012
トランジスタ技術SPECIAL編集部:省エネを目指すマイコン制御とパワー回路の実例,CQ出版社,2011
谷腰欣司:DCモータ活用の実践,CQ出版社,2000
https://mbed.org/handbook/mbed-NXP-LPC1768
<この項は書きかけです。順次追記します。>
This article is not completed. I will add some words in order.
自己参照
物理記事 上位100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/66e90fe31fbe3facc6ff
数学関連記事100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d8dadb49a6397e854c6d
言語・文学記事 100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/42d58d5ef7fb53c407d6
医工連携関連記事一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6ab51c12ba51bc260a82
通信記事100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1d67de5e1cd207b05ef7
自動車 記事 100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f7f0b9ab36569ad409c5
Qiita(0)Qiita関連記事一覧(自分)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/58db5fbf036b28e9dfa6
鉄道(0)鉄道のシステム考察はてっちゃんがてつだってくれる
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/26bda595f341a27901a0
日本語(0)一欄
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7498dcfa3a9ba7fd1e68
英語(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/680e3f5cbf9430486c7d
転職(0)一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f77520d378d33451d6fe
仮説(0)一覧(目標100現在40)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f000506fe1837b3590df
安全(0)安全工学シンポジウムに向けて: 21
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c5d78f3def8195cb2409
Error一覧 error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8
Ethernet 記事一覧 Ethernet(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/88d35e99f74aefc98794
Wireshark 一覧 wireshark(0)、Ethernet(48)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fbed841f61875c4731d0
線網(Wi-Fi)空中線(antenna)(0) 記事一覧(118/300目標)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e5464ac2b24bd4cd001
OSEK OS設計の基礎 OSEK(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7528a22a14242d2d58a3
官公庁・学校・公的団体(NPOを含む)システムの課題、官(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/04ee6eaf7ec13d3af4c3
Error一覧(C/C++, python, bash...) Error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8
C++ Support(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8720d26f762369a80514
Coding Rules(0) C Secure , MISRA and so on
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/400725644a8a0e90fbb0
なぜdockerで機械学習するか 書籍・ソース一覧作成中 (目標100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ddd12477544bf5ba85e2
言語処理100本ノックをdockerで。python覚えるのに最適。:10+12
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7e7eb7c543e0c18438c4
プログラムちょい替え(0)一覧:4件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/296d87ef4bfd516bc394
TOPPERSまとめ #名古屋のIoTは名古屋のOSで
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9026c049cb0309b9d451
自動制御、制御工学一覧(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7767a4e19a6ae1479e6b
プログラマが知っていると良い「公序良俗」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9fe7c0dfac2fbd77a945
一覧の一覧( The directory of directories of mine.) Qiita(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7eb0e006543886138f39
自動制御、制御工学一覧(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7767a4e19a6ae1479e6b
小川清最終講義、小川清最終講義(再)計画, Ethernet(100) 英語(100) 安全(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e2df642e3951e35e6a53
<この記事は個人の過去の経験に基づく個人の感想です。現在所属する組織、業務とは関係がありません。>
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ver. 0.11 mbed, scilab, matlab 追記 20180712
ver. 0.12 参考資料追記 20190301
ver. 0.13 ありがとう追記 20230521
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