stm32 开环foc

### STM32 上的开环 FOC 实现方法 #### 1. 理解开环 FOC 基础概念 磁场定向控制（Field-Oriented Control, FOC）是一种用于电机驱动的技术，通过将定子电流分解成两个相互垂直分量来实现精确的速度和转矩控制。在开环模式下，不需要反馈传感器提供位置信息。 对于STM32平台而言，在不依赖外部编码器或其他形式的位置传感设备的情况下实施FOC算法称为开环FOC[^1]。 #### 2. 初始化硬件配置 为了使能并运行基于STM32微控制器的开环FOC程序，需完成如下设置： - **时钟树调整**: 设置系统核心与时基外设所需的工作频率。 - **GPIO初始化**: 将PWM信号输出引脚以及任何其他必要的I/O端口设定为适当的功能模式。 - **定时器配置**: 使用高级定时器生成互补型PWM波形给逆变桥供电；同时利用低级定时器作为时间基准触发中断服务例程(ISR)，以便周期性更新调制参数。 ```c // GPIO Initialization Function void MX_GPIO_Init(void){ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM2; HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct); } ``` #### 3. 编写软件逻辑 编写主循环中的主要功能模块: - **坐标转换**: 完成从静止到旋转dq轴坐标的映射计算。 - **电压矢量合成**: 计算当前时刻应施加于电动机绕组上的实际电压向量大小与方向角θ。 - **SVPWM生成**: 根据上述得到的信息构建空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)指令序列，并将其分配至各相位通道对应的比较寄存器内以形成最终输出PWM占空比值。 ```c while(1){ // Coordinate Transformation float Id_ref = sin(theta)*V_alpha - cos(theta)*V_beta; float Iq_ref = cos(theta)*V_alpha + sin(theta)*V_beta; // Voltage Vector Synthesis & SVPWM Generation svpwmGenerate(Id_ref,Iq_ref); // Update PWM duty cycle registers here... } ``` #### 4. 测试验证 编译链接完成后烧录固件文件至目标板卡上电测试效果如何。注意观察电机启动过程是否平稳顺畅无明显抖动现象发生；另外还需借助示波器测量确认三相信号间是否存在预期夹角关系。

### STM32 FOC开环控制无刷电机的代码示例及解决方案 在实现基于STM32的FOC（Field-Oriented Control）开环控制无刷电机时，通常需要完成以下几个关键模块：电流采样、反帕克变换（Inverse Park Transform）、SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）生成等。以下是一个完整的框架和代码示例[^1]。 #### 1. 反帕克变换（Inverse Park Transform） 反帕克变换用于将d-q轴电流转换为α-β静止坐标系下的电流。其公式如下： ```python i_alpha = i_d * cos(theta) + i_q * sin(theta) i_beta = -i_d * sin(theta) + i_q * cos(theta) ``` 其中，`i_d` 和 `i_q` 分别为d轴和q轴电流，`theta` 为转子位置角度。以下是C语言实现： ```c void inverse_park_transform(float id, float iq, float theta, float *i_alpha, float *i_beta) { *i_alpha = id * cosf(theta) + iq * sinf(theta); *i_beta = -id * sinf(theta) + iq * cosf(theta); } ``` #### 2. SVPWM算法实现 SVPWM算法通过计算三相电压占空比来驱动电机。以下是基本的SVPWM算法实现： ```c void svpwm_generate(float v_alpha, float v_beta, float *duty_u, float *duty_v, float *duty_w) { float v_magnitude = sqrtf(v_alpha * v_alpha + v_beta * v_beta); float v_angle = atan2f(v_beta, v_alpha); // 扇区判断 int sector = 0; if (v_angle >= 0 && v_angle < M_PI / 3) sector = 1; else if (v_angle >= M_PI / 3 && v_angle < 2 * M_PI / 3) sector = 2; else if (v_angle >= 2 * M_PI / 3 && v_angle < M_PI) sector = 3; else if (v_angle >= -M_PI && v_angle < -2 * M_PI / 3) sector = 4; else if (v_angle >= -2 * M_PI / 3 && v_angle < -M_PI / 3) sector = 5; else if (v_angle >= -M_PI / 3 && v_angle < 0) sector = 6; // 计算作用时间 float t1 = 2 / 3.0f * v_magnitude * cosf(v_angle - (sector - 1) * M_PI / 3); float t2 = 2 / 3.0f * v_magnitude * sinf(v_angle - (sector - 1) * M_PI / 3); // 根据扇区设置占空比 switch (sector) { case 1: *duty_u = t1; *duty_v = t2; *duty_w = 0; break; case 2: *duty_u = t1; *duty_v = 0; *duty_w = t2; break; // 其他扇区类似... } } ``` #### 3. 主循环逻辑 主循环中需要完成转子位置获取、反帕克变换、SVPWM生成以及PWM输出等任务。以下是一个简单的主循环框架： ```c float id_ref = 0; // d轴参考电流 float iq_ref = 1; // q轴参考电流 float theta = get_rotor_position(); // 获取转子位置 float i_alpha, i_beta; inverse_park_transform(id_ref, iq_ref, theta, &i_alpha, &i_beta); float v_alpha, v_beta; // 简单比例控制（开环） v_alpha = Kp * i_alpha; v_beta = Kp * i_beta; float duty_u, duty_v, duty_w; svpwm_generate(v_alpha, v_beta, &duty_u, &duty_v, &duty_w); set_pwm_duties(duty_u, duty_v, duty_w); // 设置PWM占空比 ``` #### 4. 使用CubeMX配置硬件 使用STM32CubeMX配置定时器和ADC，确保能够正确采集电流信号并生成PWM波形。具体步骤包括： - 配置定时器为PWM输出模式。 - 配置ADC通道以采集电流信号。 - 配置中断以同步数据处理。 ### 注意事项 - 转子位置可以通过编码器或旋转变压器获取[^2]。 - 开环控制适合低速或无需精确控制的场景，但在高速或高精度应用中可能需要闭环控制。 - 在实际应用中，建议对电流和电压进行限幅处理，避免过流或过压问题[^3]。