功能描述

电流环工作模式

通过寄存器配置，HCL 可以配置三种工作模式，即 Mode0、Mode1 和 Mode2。各模式详细说明如下。

HCL Mode0 工作模式为 Mode0 的工作模式的示意图：

绿色底色为 HCL 在 Mode0 模式下工作的模块。
电角度选择 Theta0 寄存器的数值，即无位置测量，需要软件给定位置数据。
反 Park 变换计算的输入选择 Udm0、Uqm0 的寄存器数值输入，即无电流测量。

HCL Mode1 工作模式为 Mode1 的工作模式的示意图：

绿色底色为 HCL 在 Mode 1 模式下工作的模块。相对于 Mode0，Mode1 加入了以下模块：
- ADC 采集
- 电流预处理
- Clarke 变换
- Park 变换
- PID
- 死区补偿模块
电角度选择 Theta0 寄存器的数值，即无位置测量，需要软件给定位置数据。
反 Park 变换计算的输入选择 D 轴 PID 和 Q 轴 PID 的输出，即增加电流测量的通路。
D 轴 PID 和 Q 轴 PID 的输入参考值 Id_ref、Iq_ref 通过寄存器设置。
死区补偿模块，在 Mode1 模式下有效，可以通过寄存器配置使能。

HCL Mode2 工作模式为 Mode2 的工作模式的示意图：

绿色底色为 HCL 在 Mode2 模式下工作的模块。相对于 Mode1，Mode2 加入了以下模块：
- 电角度测量
- 速度测量
电角度选择电角度测量的数值，即增加位置测量的通路，HCL 自动获取位置数据。
反 Park 变换计算的输入选择 D 轴 PID 和 Q 轴 PID 的输出，即增加电流测量的通路。
D 轴 PID 和 Q 轴 PID 的输入参考值 Id_ref、Iq_ref 通过寄存器设置。
死区补偿模块，在 Mode2 模式下有效，可以通过寄存器配置使能。

电流环采样预处理

电流环采样预处理模块，是对 ADC 采集到的 U 相电流和 V 相电流数据进行预处理，以下为电流环采样预处理模块的输入输出参数列表。


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	DIU	ADC 采集的 U 相电流	12 位无符号整型	[0, 4095]
输入参数 2	DIV	ADC 采集的 V 相电流	12 位无符号整型	[0, 4095]
输入参数 3	IUoff	U 相 Offset 电流	12 位无符号整型	[0, 4095]
输入参数 4	IVoff	V 相 Offset 电流	12 位无符号整型	[0, 4095]
输入参数 5	CurrCalGain	电流增益	16 位无符号 Q10	[0, 31.999755859]
输出参数 1	PDIU	预处理后的 U 相电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输出参数 2	PDIV	预处理后的 V 相电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]

电流环预处理实现的功能函数等效如下的 C 代码：

DIU = DIU - IUoff;

DIV = DIV - Ivoff;

PDIU = (s16)((DIU * CurrCalGain) >> 10);

PDIV = (s16)((DIV * CurrCalGain) >> 10);

PDIU = - PDIU;

PDIV = - PDIV;

Clarke 变换


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	PDIU	采样预处理输出的 DIU	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输入参数 2	PDIV	采样预处理输出的 DIV	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输出参数 1	IA	Alpha 轴电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输出参数 2	IB	Beta 轴电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]

Clarke 变换等效如下的 C 代码：

IA = PDIU；

IB = ( (PDIU + (PDIV * 2)) * IQ15(0.57735) ) >> 15;

Park 变换


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	IA	Clarke 变换输出的 IA	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输入参数 2	IB	Clarke 变换输出的 IB	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输入参数 3	sin ETHETA	电角度 ETHETA 的正弦值	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输入参数 4	cos ETHETA	电角度 ETHETA 的余弦值	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输出参数 1	ID	D 轴电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]
输出参数 2	IQ	Q 轴电流	16 位有符号 Q15	[-1, 0.999969482]

QEP 电角度计算


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	QPOSCNT	当前计数器值，来自 QEP	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 2	QEP_INIT_POS	QEP 初始位置值	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 3	QEP_POS_CAL	QEP 位置校正值	25 位有符号整型	[-2²⁴ , 2²⁴ - 1]
输入参数 4	QEP_MAX_POS	QEP 最大位置值	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 5	QEP_ELECT_MAX	QEP 最大电角度	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 6	QEP_ELECT_FAC	电角度转换因子	24 位无符号 Q24	[0 , 0.999999940]
输出参数 1	ELECT_THETA0	QEP 电角度	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	ELECT_OUT	电角度（脉冲数）	无符号整型 24 位	[0x0 , 0xFFFFFF]

ABS 电角度计算


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	ABS_POS	当前位置值，来自 TA/ BISS/ ENDAT_IF	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 2	ABS_POS_COMP	绝对值编码器的位置补偿值	24 位有符号整型	[-2²³ , 2²³ - 1]
输入参数 3	ABS_MAX_POS	绝对值编码器的最大位置	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 4	ABS_ELECT_MAX	绝对值编码器的最大电角度	24 位无符号整型	[0x0 , 0xFFFFFF]
输入参数 5	ABS_ELECT_FAC	电角度转换因子	24 位无符号 Q24	[0 , 0.999999940]
输入参数 6	ABS_DEANG_COMP	绝对值编码器的延迟补偿值	16 位有符号整型	[-2¹⁵ , 2¹⁵ - 1]
输出参数 1	ELECT_THETA1	ABS 电角度	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	ELECT_OUT	电角度（脉冲数）	无符号整型 24 位	[0x0 , 0xFFFFFF]

THETA_SEL


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	ELECT_THETA0	QEP 电角度	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	ELECT_THETA1	ABS 电角度	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	THETA0	THETA0	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	sin ETHETA	电角度 ETHETA 正弦值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	cos ETHETA	电角度 ETHETA 余弦值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

THETA_SEL 功能用于 Mode0 /1 /2 不同工作模式下电角度的选择，具体选择通路如下图所示：

UDQ_SEL


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	UDM0	UDM0	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	UQM0	UQM0	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	UD	UD，DPID 输出	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 4	UQ	UQ，QPID 输出	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	UDS	选择输出数据 UDS	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	UQS	选择输出数据 UQS	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

UDQ_SEL 功能用于 Mode0 / 1 / 2 不同工作模式下 UD 和 UQ 输入信号源的选择，具体选择通路如下图所示：

DPID


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	ID_REF	D 轴参考电流值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	ID	D 轴电流计算值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	DPID_KP	D 轴 PID 比例系数	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 4	DPID_KI	D 轴 PID 积分系数	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 5	DPID_UMAX	D 轴 PID 输出最大限值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 6	DPID_UMIN	D 轴 PID 输出最小限值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 7	DPID_COMP	D 轴 PID 补偿值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	UD	D 轴 PID 输出值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

QPID


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	IQ_REF	Q 轴参考电流值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	IQ	Q 轴电流计算值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	QPID_KP	Q 轴 PID 比例系数	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 4	QPID_KI	Q 轴 PID 积分系数	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 5	QPID_UMAX	Q 轴 PID 输出最大限值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 6	QPID_UMIN	Q 轴 PID 输出最小限值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 7	QPID_COMP	Q 轴 PID 补偿值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 8	INTG_SEP_ERR	积分分离值	15 位无符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输出参数 1	UQ	Q 轴 PID 输出值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

反 Park 变换


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	UD_S	DPID 或 UDM0 输出的 UD	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	UQ_S	QPID 或 UQM0 输出的 UQ	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	sin ETHETA	电角度 ETHETA 的正弦值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 4	cos ETHETA	电角度 ETHETA 的余弦值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	UA	Alpha 轴电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	UB	Beta 轴电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

死区补偿


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	ID	D 轴电流计算值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	IQ	Q 轴电流计算值	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	DT_COMP_DAT	死区补偿数据	15 位无符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输入参数 4	DT_LP_FLT	死区补偿低通滤波系数	15 位无符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输入参数 5	ETHETA	电角度	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	UA_COMP	Alpha 轴死区补偿电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	UB_COMP	Beta 轴死区补偿电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

SVPWM

SVPWM 的处理流程图如下

表 1. 反 Clarke 变换
参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	UA	Alpha 轴电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	UB	Beta 轴电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	UA_COMP	Alpha 轴死区补偿电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 4	UB_COMP	Beta 轴死区补偿电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	U_PHU	U 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 2	U_PHV	V 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 3	U_PHW	W 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]

表 2. Sector
参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	U_PHU	U 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 2	U_PHV	V 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输入参数 3	U_PHW	W 相电压	16 位有符号 Q15	[-1 , 0.999969482]
输出参数 1	SEC_NUM	扇区号	16 位无符号整型数	1/2/3/4/5/6
输出参数 2	U_PHU_ABS	U 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输出参数 3	U_PHV_ABS	V 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输出参数 4	U_PHW_ABS	W 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]

表 3. Time Vector
参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	U_PHU_ABS	U 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输入参数 2	U_PHV_ABS	V 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输入参数 3	U_PHW_ABS	W 相电压绝对值	16 位有符号 Q15	[0 , 0.999969482]
输入参数 4	SEC_NUM	扇区号	16 位无符号整型数	1/2/3/4/5/6
输入参数 5	PWM_TIMCOST	PWM 时间常数	20 位无符号 Q15	[0 , 31.999969482]
输入参数 6	PWM_PRD	PWM 周期	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 1	VECT1	时间矢量 1	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 2	VECT2	时间矢量 2	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 3	VECT0	时间矢量 0	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]

表 4. Duty
参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	VECT1	时间矢量 1	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输入参数 2	VECT2	时间矢量 2	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输入参数 3	VECT0	时间矢量 0	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输入参数 4	SEC_NUM	扇区号	16 位无符号整型数	1/2/3/4/5/6
输入参数 5	MAXDUTY	最大占空比	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输入参数 6	MINDUTY	最小占空比	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 1	TD1	时间占空比 1	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 2	TD2	时间占空比 2	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]
输出参数 3	TD3	时间占空比 3	16 位无符号整型数	[0 , 0xFFFF]

QEP 测速


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	QPOSCNT	QEP 位置数据	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 2	SPD_DIR_TH	测速方向阈值	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 3	QEP_MAX_POS	QEP 最大位置	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 4	QEP_SPDMCOFF	QEP 测速系数	24 位无符号 Q15	[0 , 511.999969482]
输入参数 5	QEP_MAX_DPOS	QEP 最大位置差	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输出参数 1	SPD_OUT	速度输出	16 位有符号整型数	[0 , 0xFFFF]

ABS 测速


参数	Symbol	描述	数据类型	数值表示范围
输入参数 1	ABS_POS	ABS 位置数据	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 2	SPD_DIR_TH	测速方向阈值	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 3	ABS_MAX_POS	ABS 最大位置	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输入参数 4	ABS_SPDMCOFF	ABS 测速系数	24 位无符号 Q15	[0 , 511.999969482]
输入参数 5	ABS_MAX_DPOS	ABS 最大位置差	24 位无符号整型数	[0 , 0xFFFFFF]
输出参数 1	SPD_OUT	速度输出	16 位有符号整型数	[0 , 0xFFFF]

电流环断续点

硬件电流环支持断点和续点功能，详细功能描述和工作流程如下：

通过寄存器字段 HCL_BPM_EN 使能电流环断点功能。
使能后，寄存器字段 HCL_BP_NODE 以及 HCL_RP_NODE 生效，分别指示断点的节点位置和续点的节点位置。
使能硬件电流环断和续点功能后，硬件电流环计算到断点处停止计算，并且产生中断状态通知 CPU。
软件根据断点处的数据，对用户所需的算法进行计算，计算出续点所需的数据。
软件通过寄存器 RSP_PARA0/1/2 写入续点数据，且对寄存器字段 HCL_RP_START 写 0x1，触发硬件电流环从续点继续完成本次电流环计算。
按照以下两种情况，设置不同流程：
- Case 1：利用断续点的设置，采用软件 PID 替换硬件 PID。
  设置 Node D 为断点 BreakPoint，Node E 为续点，电流环执行的顺序为：
  A → B → C → D → 电流环停止，产生 IRQ → 中断函数进行用户的 PID 算法，获得 Ud 和 Uq 数据作为续点数据，续点数据写入 RSP_PARA0/1 寄存器，HCL_RP_START = 0x1 触发电流环重新启动→ F → G→更新 EPWM 的占空比→完成本次计算
- Case 2：利用断续点的设置，采用 SDFM 接口的电流数据替换内置 ADC0/1 的电流数据。
  设置 Node B 为断点 BreakPoint，Node B 为续点，电流环执行的顺序为：
  A → B → 电流环停止，产生 IRQ → 中断函数进行 SDFM 的数据获取并且进行相应的数据处理，获得 PDIU 和 PDIV 数据作为续点数据，续点数据写入 RSP_PARA0/1 寄存器，HCL_RP_START = 0x1 触发电流环重新启动→ C → D → F → G → 更新 EPWM 的占空比 → 完成本次计算