多电机同步控制：STM32F7+CAN总线，工业纺纱机应用实战

LCG元2026-02-24 9:01

文章目录

一、项目背景与需求分析

工业纺纱机的核心工艺要求多电机（牵伸电机、卷绕电机、罗拉电机）实现高精度同步运行，转速偏差需控制在±0.5%以内，否则会导致纱线张力不均、断头率上升。本方案基于STM32F767IGT6主控芯片，通过CAN总线实现多电机控制器的分布式通信，完成同步控制策略的落地，适用于中小型纺纱机的改造与新机型开发。

1.1 核心技术指标

  • 控制电机数量：3台伺服电机（200W/400Hz）
  • CAN总线通信速率：500Kbps
  • 同步控制周期：1ms
  • 转速控制精度：±1rpm
  • 工作温度：-10℃~60℃

1.2 硬件选型清单

器件名称 型号规格 数量 用途
主控芯片 STM32F767IGT6 1 核心控制与算法运算
CAN收发器 TJA1050 1 CAN总线电平转换
伺服驱动器 汇川IS620NS2R8I 3 电机驱动与位置控制
增量式编码器 1024线 3 电机转速反馈
电源模块 LM2596-5V/12V 2 供电（主控/驱动器）
光电耦合器 TLP521-4 1 CAN总线隔离

二、系统整体架构设计

2.1 系统架构流程图

STM32F7主控
CAN总线模块
伺服驱动器1-牵伸电机
伺服驱动器2-卷绕电机
伺服驱动器3-罗拉电机
编码器反馈
编码器反馈
编码器反馈
PID算法模块
速度指令生成

2.2 核心工作流程

  1. STM32F7主控通过CAN总线向各伺服驱动器下发速度指令；
  2. 各电机编码器将实时转速反馈至主控；
  3. 主控通过PID算法计算转速偏差，动态调整速度指令；
  4. 重复上述过程，实现多电机转速的闭环同步控制。

三、硬件电路设计与焊接

3.1 CAN总线电路设计

CAN总线采用隔离式设计，避免工业现场干扰，核心电路原理：

  • STM32F7的CAN_TX/CAN_RX引脚（PD0/PD1）经TLP521光耦隔离后连接TJA1050；
  • TJA1050的CAN_H/CAN_L引脚接120Ω终端电阻，连接至总线；
  • 光耦供电采用独立5V电源，与主控电源隔离。

3.2 硬件焊接要点

  1. CAN总线接口处焊接TVS管（SMBJ6.5CA）做浪涌保护；
  2. 编码器信号线采用屏蔽线，屏蔽层单端接地；
  3. 电源模块输出端并联100μF电解电容+0.1μF陶瓷电容滤波；
  4. STM32F7的BOOT0引脚接10K下拉电阻，确保上电自启。

四、软件开发环境搭建

4.1 环境配置步骤

  1. 下载并安装STM32CubeMX（版本6.9.0）：
  2. 安装Keil MDK-ARM（版本5.38）：
    • 注册破解（仅用于学习），添加STM32F767IGT6的器件库；
  3. 配置调试器：
    • 连接J-Link调试器，安装驱动（版本7.80）；
    • 在Keil中配置Debug选项为J-Link/J-Trace Cortex-M。

4.2 STM32CubeMX初始化配置

  1. 新建工程，选择STM32F767IGT6芯片；
  2. 配置系统时钟：
    • 外部晶振25MHz，PLL倍频至216MHz（HCLK=216MHz）；
  3. 配置CAN1外设：
    • 模式：Normal Mode；
    • 波特率：500Kbps（时钟源APB1=54MHz，预分频器6，BS1=11TQ，BS2=4TQ）；
    • 引脚：PD0(CAN_RX)、PD1(CAN_TX)，上拉模式；
  4. 配置定时器：
    • TIM2：1ms中断（用于PID控制周期），预分频器215，自动重装值999；
  5. 配置GPIO：
    • PA0：电机急停输入（上拉，下降沿中断）；
    • PB0-PB2：电机运行状态指示灯（推挽输出）；
  6. 生成代码：
    • 工具链选择MDK-ARM，工程名"SpinMotor_Sync"，生成初始化代码。

五、核心代码开发

5.1 代码文件结构

复制代码 
SpinMotor_Sync/
├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   ├── can_protocol.h    // CAN通信协议定义
│   │   ├── motor_control.h   // 电机控制核心函数
│   │   ├── pid.h             // PID算法头文件
│   │   └── main.h            // 主函数头文件
│   └── Src/
│       ├── can_protocol.c    // CAN收发实现
│       ├── motor_control.c   // 电机同步控制逻辑
│       ├── pid.c             // PID算法实现
│       └── main.c            // 主函数
└── MDK-ARM/
    └── SpinMotor_Sync.uvprojx  // Keil工程文件

5.2 关键代码实现

文件名：pid.h
c 复制代码 
#ifndef __PID_H
#define __PID_H

#include "stdint.h"

// PID参数结构体
typedef struct
{
    // 基本参数
    float Kp;            // 比例系数
    float Ki;            // 积分系数
    float Kd;            // 微分系数
    
    // 限制值
    float MaxOut;        // 输出上限
    float MinOut;        // 输出下限
    float MaxIntegral;   // 积分上限
    float MinIntegral;   // 积分下限
    
    // 中间变量
    float SetValue;      // 设定值
    float ActualValue;   // 实际值
    float Error;         // 偏差
    float LastError;     // 上一次偏差
    float Integral;      // 积分值
    float Derivative;    // 微分值
    float Output;        // 输出值
} PID_TypeDef;

// 函数声明
void PID_Init(PID_TypeDef *pid, float Kp, float Ki, float Kd, float MaxOut, float MinOut, float MaxIntegral, float MinIntegral);
float PID_Calculate(PID_TypeDef *pid, float SetValue, float ActualValue);
void PID_Clear(PID_TypeDef *pid);

#endif
文件名：pid.c
c 复制代码 
#include "pid.h"

/**
  * @brief  PID参数初始化
  * @param  pid: PID结构体指针
  * @param  Kp: 比例系数
  * @param  Ki: 积分系数
  * @param  Kd: 微分系数
  * @param  MaxOut: 输出上限
  * @param  MinOut: 输出下限
  * @param  MaxIntegral: 积分上限
  * @param  MinIntegral: 积分下限
  * @retval 无
  */
void PID_Init(PID_TypeDef *pid, float Kp, float Ki, float Kd, float MaxOut, float MinOut, float MaxIntegral, float MinIntegral)
{
    pid->Kp = Kp;
    pid->Ki = Ki;
    pid->Kd = Kd;
    pid->MaxOut = MaxOut;
    pid->MinOut = MinOut;
    pid->MaxIntegral = MaxIntegral;
    pid->MinIntegral = MinIntegral;
    
    pid->SetValue = 0.0f;
    pid->ActualValue = 0.0f;
    pid->Error = 0.0f;
    pid->LastError = 0.0f;
    pid->Integral = 0.0f;
    pid->Derivative = 0.0f;
    pid->Output = 0.0f;
}

/**
  * @brief  PID计算
  * @param  pid: PID结构体指针
  * @param  SetValue: 设定值
  * @param  ActualValue: 实际值
  * @retval PID输出值
  */
float PID_Calculate(PID_TypeDef *pid, float SetValue, float ActualValue)
{
    // 更新设定值和实际值
    pid->SetValue = SetValue;
    pid->ActualValue = ActualValue;
    
    // 计算偏差
    pid->Error = pid->SetValue - pid->ActualValue;
    
    // 积分项计算（积分限幅）
    pid->Integral += pid->Error * pid->Ki;
    if(pid->Integral > pid->MaxIntegral)
    {
        pid->Integral = pid->MaxIntegral;
    }
    else if(pid->Integral < pid->MinIntegral)
    {
        pid->Integral = pid->MinIntegral;
    }
    
    // 微分项计算
    pid->Derivative = (pid->Error - pid->LastError) * pid->Kd;
    
    // PID总输出（输出限幅）
    pid->Output = pid->Kp * pid->Error + pid->Integral + pid->Derivative;
    if(pid->Output > pid->MaxOut)
    {
        pid->Output = pid->MaxOut;
    }
    else if(pid->Output < pid->MinOut)
    {
        pid->Output = pid->MinOut;
    }
    
    // 更新上一次偏差
    pid->LastError = pid->Error;
    
    return pid->Output;
}

/**
  * @brief  PID参数清零
  * @param  pid: PID结构体指针
  * @retval 无
  */
void PID_Clear(PID_TypeDef *pid)
{
    pid->Error = 0.0f;
    pid->LastError = 0.0f;
    pid->Integral = 0.0f;
    pid->Derivative = 0.0f;
    pid->Output = 0.0f;
}
文件名：can_protocol.h
c 复制代码 
#ifndef __CAN_PROTOCOL_H
#define __CAN_PROTOCOL_H

#include "stdint.h"
#include "can.h"

// 电机编号定义
#define MOTOR_DRAFT     0x01    // 牵伸电机
#define MOTOR_WIND      0x02    // 卷绕电机
#define MOTOR_ROLLER    0x03    // 罗拉电机

// CAN通信指令定义
#define CMD_SET_SPEED   0x01    // 设置转速指令
#define CMD_GET_SPEED   0x02    // 获取转速指令
#define CMD_STOP_MOTOR  0x03    // 停止电机指令
#define CMD_RESET       0x04    // 复位指令

// CAN报文ID定义（标准ID，11位）
#define CAN_ID_MOTOR1   0x101   // 电机1通信ID
#define CAN_ID_MOTOR2   0x102   // 电机2通信ID
#define CAN_ID_MOTOR3   0x103   // 电机3通信ID

// 转速数据结构体（小端模式）
typedef struct
{
    uint16_t Speed;       // 转速值（rpm）
    uint8_t Command;      // 指令类型
    uint8_t MotorID;      // 电机ID
    uint16_t Reserve;     // 保留位
    uint16_t CheckSum;    // 校验和
} Motor_CAN_DataDef;

// 函数声明
void CAN_Config_Init(void);
uint8_t CAN_Send_Motor_Speed(uint8_t MotorID, uint16_t Speed);
uint8_t CAN_Receive_Motor_Speed(uint8_t MotorID, uint16_t *Speed);
uint16_t CAN_Calculate_CheckSum(uint8_t *Data, uint8_t Len);

#endif
文件名：can_protocol.c
c 复制代码 
#include "can_protocol.h"
#include "string.h"

CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;
uint8_t TxData[8];
uint8_t RxData[8];
uint32_t TxMailbox;

/**
  * @brief  CAN协议初始化（基于STM32CubeMX生成的HAL库）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void CAN_Config_Init(void)
{
    // 启用CAN1接收FIFO0中断
    HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
    
    // 启动CAN1
    if(HAL_CAN_Start(&hcan1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    
    // 配置CAN发送头
    TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;        // 标准ID
    TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;      // 数据帧
    TxHeader.DLC = 8;                 // 数据长度8字节
    TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;
}

/**
  * @brief  发送电机转速指令
  * @param  MotorID: 电机编号（MOTOR_DRAFT/MOTOR_WIND/MOTOR_ROLLER）
  * @param  Speed: 目标转速（rpm）
  * @retval 发送状态：0-成功，1-失败
  */
uint8_t CAN_Send_Motor_Speed(uint8_t MotorID, uint16_t Speed)
{
    Motor_CAN_DataDef MotorData;
    uint8_t ret = 1;
    
    // 填充数据结构体
    MotorData.Speed = Speed;
    MotorData.Command = CMD_SET_SPEED;
    MotorData.MotorID = MotorID;
    MotorData.Reserve = 0x00;
    // 计算校验和（前6字节）
    MotorData.CheckSum = CAN_Calculate_CheckSum((uint8_t*)&MotorData, 6);
    
    // 复制到发送缓冲区
    memcpy(TxData, &MotorData, 8);
    
    // 设置目标CAN ID
    switch(MotorID)
    {
        case MOTOR_DRAFT:
            TxHeader.StdId = CAN_ID_MOTOR1;
            break;
        case MOTOR_WIND:
            TxHeader.StdId = CAN_ID_MOTOR2;
            break;
        case MOTOR_ROLLER:
            TxHeader.StdId = CAN_ID_MOTOR3;
            break;
        default:
            return ret;
    }
    
    // 发送CAN报文
    if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &TxHeader, TxData, &TxMailbox) == HAL_OK)
    {
        ret = 0;
    }
    
    return ret;
}

/**
  * @brief  接收电机转速反馈
  * @param  MotorID: 电机编号
  * @param  Speed: 存储转速的指针
  * @retval 接收状态：0-成功，1-失败
  */
uint8_t CAN_Receive_Motor_Speed(uint8_t MotorID, uint16_t *Speed)
{
    Motor_CAN_DataDef MotorData;
    uint16_t CheckSum;
    
    // 检查FIFO0是否有数据
    if(HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, RxData) != HAL_OK)
    {
        return 1;
    }
    
    // 验证CAN ID
    switch(MotorID)
    {
        case MOTOR_DRAFT:
            if(RxHeader.StdId != CAN_ID_MOTOR1) return 1;
            break;
        case MOTOR_WIND:
            if(RxHeader.StdId != CAN_ID_MOTOR2) return 1;
            break;
        case MOTOR_ROLLER:
            if(RxHeader.StdId != CAN_ID_MOTOR3) return 1;
            break;
        default:
            return 1;
    }
    
    // 解析数据
    memcpy(&MotorData, RxData, 8);
    
    // 校验和验证
    CheckSum = CAN_Calculate_CheckSum((uint8_t*)&MotorData, 6);
    if(CheckSum != MotorData.CheckSum)
    {
        return 1;
    }
    
    // 验证指令类型
    if(MotorData.Command != CMD_GET_SPEED)
    {
        return 1;
    }
    
    // 输出转速值
    *Speed = MotorData.Speed;
    
    return 0;
}

/**
  * @brief  计算CAN数据校验和
  * @param  Data: 数据指针
  * @param  Len: 数据长度
  * @retval 校验和（16位）
  */
uint16_t CAN_Calculate_CheckSum(uint8_t *Data, uint8_t Len)
{
    uint16_t CheckSum = 0;
    uint8_t i;
    
    for(i=0; i<Len; i++)
    {
        CheckSum += Data[i];
    }
    
    return CheckSum;
}

/**
  * @brief  CAN接收FIFO0中断回调函数
  * @param  hcan: CAN句柄
  * @retval 无
  */
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    // 中断中仅标记数据接收，具体解析在主循环中处理
    if(hcan->Instance == CAN1)
    {
        // 可在此处添加接收标志位
    }
}
文件名：motor_control.h
c 复制代码 
#ifndef __MOTOR_CONTROL_H
#define __MOTOR_CONTROL_H

#include "pid.h"
#include "can_protocol.h"

// 电机控制参数
#define TARGET_SPEED_DRAFT    1000    // 牵伸电机目标转速（rpm）
#define TARGET_SPEED_WIND     1200    // 卷绕电机目标转速（rpm）
#define TARGET_SPEED_ROLLER   800     // 罗拉电机目标转速（rpm）

// PID参数（纺纱机专用）
#define PID_KP_DRAFT    0.8f
#define PID_KI_DRAFT    0.1f
#define PID_KD_DRAFT    0.05f

#define PID_KP_WIND     0.75f
#define PID_KI_WIND     0.12f
#define PID_KD_WIND     0.04f

#define PID_KP_ROLLER   0.85f
#define PID_KI_ROLLER   0.08f
#define PID_KD_ROLLER   0.06f

// PID输出限幅
#define PID_MAX_OUT     200.0f
#define PID_MIN_OUT     -200.0f
#define PID_MAX_INTEGRAL 100.0f
#define PID_MIN_INTEGRAL -100.0f

// 函数声明
void Motor_Control_Init(void);
void Motor_Sync_Control_Loop(void);
void Motor_Emergency_Stop(void);

#endif
文件名：motor_control.c
c 复制代码 
#include "motor_control.h"
#include "tim.h"

// 定义PID结构体
PID_TypeDef PID_Draft, PID_Wind, PID_Roller;

// 电机转速变量
uint16_t ActualSpeed_Draft = 0;
uint16_t ActualSpeed_Wind = 0;
uint16_t ActualSpeed_Roller = 0;

// 同步控制标志
uint8_t Motor_Sync_Enable = 0;

/**
  * @brief  电机控制初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Motor_Control_Init(void)
{
    // 初始化PID参数
    PID_Init(&PID_Draft, PID_KP_DRAFT, PID_KI_DRAFT, PID_KD_DRAFT, 
             PID_MAX_OUT, PID_MIN_OUT, PID_MAX_INTEGRAL, PID_MIN_INTEGRAL);
    PID_Init(&PID_Wind, PID_KP_WIND, PID_KI_WIND, PID_KD_WIND, 
             PID_MAX_OUT, PID_MIN_OUT, PID_MAX_INTEGRAL, PID_MIN_INTEGRAL);
    PID_Init(&PID_Roller, PID_KP_ROLLER, PID_KI_ROLLER, PID_KD_ROLLER, 
             PID_MAX_OUT, PID_MIN_OUT, PID_MAX_INTEGRAL, PID_MIN_INTEGRAL);
    
    // 启动1ms定时器（TIM2）
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
    
    // 使能同步控制
    Motor_Sync_Enable = 1;
}

/**
  * @brief  多电机同步控制主循环
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Motor_Sync_Control_Loop(void)
{
    float PidOut_Draft, PidOut_Wind, PidOut_Roller;
    uint16_t TargetSpeed_Draft, TargetSpeed_Wind, TargetSpeed_Roller;
    
    if(Motor_Sync_Enable == 0)
    {
        return;
    }
    
    // 1. 接收各电机实际转速
    CAN_Receive_Motor_Speed(MOTOR_DRAFT, &ActualSpeed_Draft);
    CAN_Receive_Motor_Speed(MOTOR_WIND, &ActualSpeed_Wind);
    CAN_Receive_Motor_Speed(MOTOR_ROLLER, &ActualSpeed_Roller);
    
    // 2. PID计算转速补偿值
    PidOut_Draft = PID_Calculate(&PID_Draft, TARGET_SPEED_DRAFT, ActualSpeed_Draft);
    PidOut_Wind = PID_Calculate(&PID_Wind, TARGET_SPEED_WIND, ActualSpeed_Wind);
    PidOut_Roller = PID_Calculate(&PID_Roller, TARGET_SPEED_ROLLER, ActualSpeed_Roller);
    
    // 3. 计算最终目标转速（基础转速+PID补偿）
    TargetSpeed_Draft = TARGET_SPEED_DRAFT + (int16_t)PidOut_Draft;
    TargetSpeed_Wind = TARGET_SPEED_WIND + (int16_t)PidOut_Wind;
    TargetSpeed_Roller = TARGET_SPEED_ROLLER + (int16_t)PidOut_Roller;
    
    // 4. 转速限幅（防止超量程）
    if(TargetSpeed_Draft > 3000) TargetSpeed_Draft = 3000;
    if(TargetSpeed_Draft < 0) TargetSpeed_Draft = 0;
    
    if(TargetSpeed_Wind > 3000) TargetSpeed_Wind = 3000;
    if(TargetSpeed_Wind < 0) TargetSpeed_Wind = 0;
    
    if(TargetSpeed_Roller > 3000) TargetSpeed_Roller = 3000;
    if(TargetSpeed_Roller < 0) TargetSpeed_Roller = 0;
    
    // 5. 发送转速指令
    CAN_Send_Motor_Speed(MOTOR_DRAFT, TargetSpeed_Draft);
    CAN_Send_Motor_Speed(MOTOR_WIND, TargetSpeed_Wind);
    CAN_Send_Motor_Speed(MOTOR_ROLLER, TargetSpeed_Roller);
}

/**
  * @brief  电机紧急停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Motor_Emergency_Stop(void)
{
    // 禁用同步控制
    Motor_Sync_Enable = 0;
    
    // 发送停止指令
    Motor_CAN_DataDef StopData;
    StopData.Command = CMD_STOP_MOTOR;
    StopData.MotorID = 0x00; // 广播所有电机
    StopData.Speed = 0;
    StopData.Reserve = 0;
    StopData.CheckSum = CAN_Calculate_CheckSum((uint8_t*)&StopData, 6);
    
    memcpy(TxData, &StopData, 8);
    TxHeader.StdId = 0x100; // 广播ID
    HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &TxHeader, TxData, &TxMailbox);
    
    // PID参数清零
    PID_Clear(&PID_Draft);
    PID_Clear(&PID_Wind);
    PID_Clear(&PID_Roller);
}

/**
  * @brief  TIM2 1ms中断回调函数（控制周期）
  * @param  htim: 定时器句柄
  * @retval 无
  */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM2)
    {
        // 每1ms执行一次同步控制
        Motor_Sync_Control_Loop();
    }
}
文件名：main.c
c 复制代码 
#include "main.h"
#include "can.h"
#include "tim.h"
#include "gpio.h"
#include "motor_control.h"
#include "can_protocol.h"

/**
  * @brief  系统初始化函数
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SystemClock_Config(void);

/**
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    // 1. 硬件初始化
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_CAN1_Init();
    MX_TIM2_Init();
    
    // 2. 功能模块初始化
    CAN_Config_Init();
    Motor_Control_Init();
    
    // 3. 运行指示灯点亮
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    
    // 4. 主循环
    while (1)
    {
        // 检测急停按钮（PA0下降沿）
        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            Motor_Emergency_Stop();
            // 急停指示灯点亮
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
            // 死循环等待复位
            while(1);
        }
        
        // 主循环无其他任务，所有控制逻辑在定时器中断中执行
        HAL_Delay(10);
    }
}

/**
  * @brief  系统时钟配置函数（STM32F767 216MHz）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    // 配置电源电压缩放级别
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    // 配置外部晶振和PLL
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 432;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 9;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    // 配置系统时钟源和总线分频
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_7) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/**
  * @brief  错误处理函数
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Error_Handler(void)
{
    // 错误指示灯闪烁（PB2）
    while(1)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_2);
        HAL_Delay(500);
    }
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  断言失败处理函数
  * @param  file: 文件名
  * @param  line: 行号
  * @retval 无
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
    // 可在此处添加调试信息输出
}
#endif

六、代码编译与下载

6.1 编译配置

  1. 打开Keil工程文件SpinMotor_Sync.uvprojx；
  2. 点击"Options for Target"（魔术棒图标）：
    • Output：勾选"Create HEX File"；
    • Target：设置堆栈大小（Stack:0x400, Heap:0x800）；
    • Debug：选择J-Link调试器，点击"Settings"，配置接口为SWD；
  3. 点击"Build"编译工程，确保0错误0警告。

6.2 代码下载

  1. 连接J-Link调试器至STM32F7开发板的SWD接口；
  2. 点击Keil中的"Download"按钮；
  3. 下载完成后，点击"Start/Stop Debug Session"进入调试模式；
  4. 点击"Run"运行程序。

七、系统调试与参数优化

7.1 硬件调试

  1. CAN总线通信测试：
    • 使用CAN分析仪（如CANoe/周立功CANTest）连接至CAN总线；
    • 发送指令：验证STM32能否正确接收并解析；
    • 接收反馈：验证STM32发送的转速指令是否符合协议；
  2. 电机空载测试：
    • 上电后，各电机应无异常抖动，指示灯正常点亮；
    • 下发低速指令（500rpm），电机应平稳运行。

7.2 软件调试

  1. PID参数优化：
    • 初始参数可能导致转速超调，逐步调整Kp/Ki/Kd：
      • 先调Kp：从0.5开始，逐步增加至转速无静差；
      • 再调Ki：从0.05开始，消除稳态误差；
      • 最后调Kd：抑制超调，提高响应速度；
  2. 同步精度测试：
    • 使用示波器采集各电机编码器脉冲信号；
    • 计算转速偏差，确保≤±0.5%；
    • 记录不同工况下的同步误差，优化PID参数。

7.3 工业现场测试

  1. 负载测试：
    • 接入纺纱机机械负载，运行24小时；
    • 记录纱线断头率，验证同步控制效果；
  2. 抗干扰测试：
    • 接入工业变频器等干扰源，验证CAN总线通信稳定性；
    • 急停测试：按下急停按钮，所有电机应立即停止。

八、常见问题与解决方案

问题现象 可能原因 解决方案
CAN总线无通信 终端电阻未接/接线错误 检查CAN_H/CAN_L接线，确保120Ω终端电阻接入
电机转速波动大 PID参数不合适 减小Ki，增加Kd，降低超调
同步误差超过阈值 控制周期过长 将TIM2中断周期调整为0.5ms
程序运行中死机 堆栈溢出 增大Stack/Heap大小，检查中断嵌套
电机无法启动 驱动器未使能 检查驱动器使能引脚，确保正确配置

总结

  1. 本方案基于STM32F7+CAN总线实现了工业纺纱机多电机的高精度同步控制，核心是通过1ms周期的PID闭环算法动态补偿转速偏差；
  2. 代码采用模块化设计，分为PID算法、CAN通信、电机控制三大模块，零基础用户可按文件结构逐步实现；
  3. 系统调试的核心是PID参数优化，需结合实际负载逐步调整，确保同步精度和运行稳定性。

扩展建议

  1. 可增加触摸屏（如HMI）实现转速参数的可视化配置；
  2. 加入SD卡存储功能，记录电机运行数据，便于故障分析；
  3. 增加RS485接口，接入上位机实现远程监控与控制。
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