[电机控制专用MCU] APM32M3514 FOC算法解析系列——第4篇：电机参数与数据结构模块

// 电机控制数据结构定义

typedef struct {

    // 电流参数

    int16_t Iq_ref;  // Iq轴参考电流

    int16_t Id_ref;  // Id轴参考电流

    int16_t Iq_actual;  // 实际Iq电流

    int16_t Id_actual;  // 实际Id电流



    // 速度和位置参数

    int16_t speed_cmd;  // 目标速度

    int16_t speed_actual;  // 实际速度

    int16_t position;  // 当前转子位置

    float rotor_angle;  // 转子角度（用于无传感器控制）



    // 电压控制

    float Vd_ref;  // d轴电压参考值

    float Vq_ref;  // q轴电压参考值



    // PI控制器参数

    float Kp;  // 比例增益

    float Ki;  // 积分增益



    // 状态参数

    int32_t motor_state;  // 电机状态（如运行、停止、故障等）



    // 电机的相关物理参数

    float Rs;  // 电机的相电阻

    float Ls;  // 电机的电感值

    int16_t pole_pairs;  // 电机的极对数

} MotorParams_TypeDef;

// 系统参数配置

#define SYS_REFV            3.3     // 系统供电电压（V），通常是3.3V，用于系统的所有电压参考

#define SYSCLK_HSE_72MHz    72000000 // 系统主频（Hz），设置为72MHz，保证系统高效运行

#define PWMFREQ             15000   // PWM频率（Hz），电机控制中用于驱动逆变器的PWM信号频率

#define DEAD_TIME           1.0     // PWM死区时间（us），电机控制中逆变器开关管之间的死区时间，避免短路

#define SLOWLOOP_FREQ       1000    // 慢环频率（Hz），设置为1000Hz，用于慢速控制环路，比如电机启停控制



// 电机参数配置

#define MAX_SPEED           3000    // 最大转速（rpm），电机的最大转速限制，通常依据电机规格设置

#define MIN_SPEED           50      // 最小转速（rpm），电机最小可调速度，防止电机转速过低不稳定

#define MAX_DUTY            0.95    // 最大占空比，PWM的最大占空比，避免逆变器超载



// PI控制器增益设置

#define M1_SPEED_KP         16384   // 速度环比例增益，影响速度控制的响应速度，增大该值可提高响应速度

#define M1_SPEED_KI         163     // 速度环积分增益，帮助消除稳态误差，增大该值有助于消除较小的速度误差



// 电流环控制参数设置

#define M1_IQ_KP            4000    // Iq轴电流环比例增益，控制电机的转矩输出，调节该值可影响电流控制响应

#define M1_IQ_KI            400     // Iq轴电流环积分增益，消除电流稳态误差，过大会导致振荡，过小则消除误差的速度变慢

#define M1_ID_KP            4000    // Id轴电流环比例增益，控制电机的磁场方向，调节该值影响电机的稳态控制

#define M1_ID_KI            400     // Id轴电流环积分增益，消除电流稳态误差，过大会导致振荡，过小则消除误差的速度变慢



// 电位器相关参数设置

#define VSP_MIN_VOL         0.5     // 电位器采集的最小电压，电位器的起始电压，电压范围用于控制速度命令

#define VSP_MAX_VOL         2.5     // 电位器采集的最大电压，电位器的最大电压，电压范围用于控制速度命令

#define VSP_MIN_AD          100     // 电位器采集的最小AD值，电位器的最小值对应的ADC值

#define VSP_MAX_AD          2047    // 电位器采集的最大AD值，电位器的最大值对应的ADC值

#define MIN_RPM             50      // 电位器调节的最小速度，电位器控制速度的下限

#define MAX_RPM             3000    // 电位器调节的最大速度，电位器控制速度的上限



// 电机控制相关参数

#define I_MAX               16.46   // 电流标幺化基准值，基于电流采样的最大值进行标定

#define IGAIN_Q10           2113    // 电流换算系数，用于将采样值转换为电流值，考虑采样电阻和放大倍数

#define UDC_MAX             69.3    // 电压标幺化基准值，用于母线电压的标定

#define DCBUS_OVER          48.0    // 过压阈值，当电压超过此值时系统会进入过压保护状态

#define DCBUS_UNDER         20.0    // 欠压阈值，当电压低于此值时系统会进入欠压保护状态



// 状态机控制相关参数

#define PRECHARGE_TIME      40      // 自举电容预充电时间（单位：PWM周期），确保系统启动时不会对电容造成冲击

#define STOP_TO_RUN_SPEED   450     // 从停止状态跳转到运行状态的速度命令阈值，低于该值时电机保持停止

#define STARTUP_TO_SPIN_SPEED 600   // 从启动状态到旋转状态的速度阈值，电机达到此速度后切换到闭环控制

#define FREEWHEEL_SPEED     400     // 电机停止后，速度命令低于此值时系统进入空转状态

#define CUR_ALIGN           1.0     // 预定位电流大小，用于在电机启动时确保转子能够开始转动

#define CUR_STARTUP         1.0     // 开环启动电流大小，电机启动时使用的电流值

#define CUR_DEC             0.5     // 电流下降的斜率值，用于电机减速时控制电流衰减速度

#define CUR_INC             0.5     // 电流上升的斜率值，用于电机加速时控制电流增长速度

#define STARTUP_SPD_INC     300     // 开环下速度上升的斜率值，控制电机加速的速率

#define SPEED_TO_THETA      0.1     // 速度到角度的积分系数，用于角度估算时的修正

#define SPIN_SPD_INC        1000    // 闭环下速度上升的斜率值，影响电机闭环控制时速度响应的速度

#define SPD_DEC             1000    // 闭环下速度下降的斜率值，影响电机闭环控制时减速的响应

#define FREEWHEEL_TIME      1.0     // 空转时间，电机停止后的空转等待时间

#define FAULTRELEASE_TIME   3.0     // 故障复位时间，发生故障后复位的等待时间



// PI控制器增益定义

#define CUR_PI_Q            15      // 电流环控制增益，Q格式，决定了电流控制环的灵敏度

#define M1_IQ_KP            4000    // Iq轴电流环比例增益，调节电流控制的响应

#define M1_IQ_KI            400     // Iq轴电流环积分增益，帮助消除电流稳态误差

#define M1_ID_KP            4000    // Id轴电流环比例增益，调节电机磁场的方向控制

#define M1_ID_KI            400     // Id轴电流环积分增益，消除电流稳态误差

#define SPD_PI_Q            15      // 速度环控制增益，Q格式，调节速度环的响应速度

#define M1_SPEED_KP         16384   // 速度环比例增益，控制电机的速度响应

#define M1_SPEED_KI         163     // 速度环积分增益，帮助消除速度稳态误差



// 电机启动与运行相关参数

#define BIAS_OVER           1.7     // 偏置电压最大值，电压超过此值时会触发保护

#define BIAS_UNDER          1.55    // 偏置电压最小值，电压低于此值时会触发保护



// SMO参数设置（用于无传感器转子位置估算）

#define SMO_ERR_MAX         0.5     // 观测器误差最大值，限制转子角度估算的最大误差

#define SLIDE_GIAN          0.5     // 观测器增益值，控制转子位置估算的精度

#define SOFT_SWITCH_SPIN    1       // 切换闭环时软过渡开关标志，控制从开环到闭环的过渡模式



// 堵转设置（用于检测电机堵转并触发保护）

#define STALL_ERROR_THRESHOLD 10    // 堵转错误时长阈值，电机堵转超过此时间会触发保护

#define STALL_CHECK_SPD_CYCLE 10    // 堵转连续异常周期数，连续检测到堵转时触发保护