【电机控制器】基于STSPIN32G4的FOC控制

【电机控制器】基于STSPIN32G4的FOC控制

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[@ $TOC$ (文章目录)](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[前言](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[一、实验目的](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[二、软件开发流程](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[1.被控对象：外转子无刷电机参数测量](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[2.控制器：控制参数设计](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[3.控制器：MCU寄存器配置](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[4.控制器：MCU配置验证](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[5.传感器：磁编码器验证](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[6.电机FOC控制：预定位Ud](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[7.电机FOC控制：开环强拖Uq](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[8.信号通讯：CAN通讯](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[9.电机FOC控制：单速度环闭环控制](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[10.电机FOC控制：单位置环闭环控制](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[11.电机FOC控制：单电流环闭环控制](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[三、参考资料](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)
[总结](#文章目录 @TOC 前言一、实验目的二、软件开发流程 1.被控对象：外转子无刷电机参数测量 2.控制器：控制参数设计 3.控制器：MCU寄存器配置 4.控制器：MCU配置验证 5.传感器：磁编码器验证 6.电机FOC控制：预定位Ud 7.电机FOC控制：开环强拖Uq 8.信号通讯：CAN通讯 9.电机FOC控制：单速度环闭环控制 10.电机FOC控制：单位置环闭环控制 11.电机FOC控制：单电流环闭环控制 12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制三、参考资料总结)

前言

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、实验目的

完成电流、速度、位置三闭环控制

二、软件开发流程

1.被控对象：外转子无刷电机参数测量

极对数：14
相电阻：0.14欧
额定电压：24V
电机最大转速：3240RPM

2.控制器：控制参数设计

主频：170M
载波频率：25K
电流环路控制周期：25K，更新事件（TRGO）同步触发 ADC1+ADC2 采样三相电流
速度环位置环控制周期：5K
OPA增益：50
采样电阻：2毫欧

3.控制器：MCU寄存器配置

4.控制器：MCU配置验证

通过示波器、万用表、DEBUG验证MCU配置是否正确

5.传感器：磁编码器验证

带电机不上电，手动旋转电机，计算时带上极对数，看是否符合预期的电角度、机械角度

6.电机FOC控制：预定位Ud

带电机上电，预定位给ud固定值，将电机拖动到固定角度，为角度offset

7.电机FOC控制：开环强拖Uq

带电机上电，给Uq固定值，电机拖动

开环验证了：

逆变桥与 PWM 输出：单片机（STM32G4）、STSPIN32G4 驱动芯片、三个半桥的 MOS 管、栅极驱动电路全部工作正常。
定时器与 SVPWM 时序：TIM1 的中心对齐模式、PWM 互补输出、死区时间配置以及占空比更新没有冲突，没有发生桥臂直通短路或严重波形失真。
FOC_IPark_Calc 以及 FOC_SVPWM_Calc 的数学逻辑和三角函数调用是完全正确的。
三相占空比合成的矢量方向和幅值分配能够被电机无缝响应。
代码里的占空比缩放基准（前面提到的与 ARR 的匹配关系）大致是对的
电机的三相线（U, V, W）接到开发板的顺序没有根本性错误（即使线序接反，开环通常也只是表现为反转或稍微抖动一下，但能转起来说明换相逻辑能被电机吞吐）。

8.信号通讯：CAN通讯

上位机需要与CAN分析仪匹配，才能正常通讯。

CAN的H-L之间不上电测试60欧。

将上位机双方的采样点（Sample Point）差配置同步。

大多数上位机没有波形，只有帧，所以用Python写了一个波形生成器，用于测试CAN通讯。

9.电机FOC控制：单速度环闭环控制

前置工作：

已经验证了传感器没问题
开环强拖没问题
对位电压拖动到0角度OK
开环VF拖动OK
CAN通讯有反馈转速和目标转速

优先考虑进行速度、位置闭环，最后再调整电流环。
进行速度闭环PI调参：先调整Kp，使电机响应到目标转速，再调整Ki，消除静态误差。

10.电机FOC控制：单位置环闭环控制

速度闭环控制没问题后，进行位置P调参。

11.电机FOC控制：单电流环闭环控制

offset确认：不带电机上电，静止状态下，测量VOUT电压是否符合偏置电压，ADC采样值是否为4096的一半（12采样精度）
CAN波形：需要三相电流反馈值，iq电流反馈、id电流反馈、iq设定值、id设定值
**电流极性确认：在开环或速度闭环情况下，采样电流，观测电流三相波形是否符合预期，满足极性要求。**三相电流如果某一相采集波形不好，可以利用KCL来计算，放弃某一相的直接采集，通过这种计算得出。而硬件上最好保持三电阻采样。软件确认后，可以不贴片。

电流环闭环q轴的PI调参：

令ud=0, id=0
直接调整iq
给定iq初始可以为0，ki为0，kp给小值
此时电机应该静止不动，但是用手转动时可以感受到反向力矩
观测反馈iq是否符合预期，有毛刺为正常现象

若iq符合预期，但是毛刺多，调整ki消除静态误差，或者增加滤波处理
电流环闭环d轴的PI调参：将q轴的参数直接给d轴，id=0的控制策略，所以实际使用时，直接令ud=0也可以

12.电机FOC控制：双闭环电流环速度环控制

三个单环调试完毕后，先进行双闭环控制，优先电流环速度环
要注意的是，pi输出的out_max和int积分限制与单环不同，内环最终输出到svpwm，因此限制在占空比（0-1）的范围，取0.95即可
而速度环的输出值为iq电流环的输入值，因此目标iq需要多少，就在这里限制多少
两个环路的参数一般不能直接使用，优先调整内环电流环，保持速度环不动，目标转速给0，上电后不能转动，给定目标转速其他固定值，例如500RPM，速度跟随要与单速度闭环效果类似