0. 本章目标本章不讲原理只做可直接落地的工程基于 STM32F103 / F407 通用工程模板时钟、GPIO、PWM、ADC、中断完整配置全套 FOC 代码整合Clark/Park/SVPWM/SMO双闭环 启动 保护 串口调试提供清晰工程结构你只需要改电机参数就能跑1. 硬件平台说明MCUSTM32F103C8T6 / STM32F407IGT6通用兼容PWMTIM1 高级定时器中心对齐3 对互补输出ADCPA0 PA1 双电阻电流采样母线电压PB0驱动芯片IR2104 / DRV8301 / EG2131串口USART1 打印调试信息Id/Iq/theta/speedPWM 频率16kHzARR7200-172MHz2. 工程目录结构标准嵌入式结构Project/ ├─ User/ │ ├─ main.c // 主函数、启动逻辑 │ ├─ foc.c/.h // FOC 主流程 │ ├─ transform.c/.h // Clark Park │ ├─ svpwm.c/.h // SVPWM │ ├─ smo.c/.h // SMO观测器 PLL │ ├─ pid.c/.h // PI控制器 │ └─ current.c/.h // 电流采样、校准 ├─ BSP/ │ ├─ bsp_gpio.c/.h │ ├─ bsp_pwm.c/.h │ ├─ bsp_adc.c/.h │ └─ bsp_uart.c/.h └─ Core/ // 标准库/HAL库文件3. 关键外设配置核心代码3.1 PWM 配置TIM1 中心对齐 死区void PWM_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // PA8 PA9 PA10 → PWM1/2/3 GPIO_InitStruct.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); // 定时器配置中心对齐模式1 TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period 7199; // 16kHz TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler 0; TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision 0; TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_CenterAligned1; TIM_TimeBaseInit(TIM1, TIM_TimeBaseStruct); // 通道配置 TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM1, TIM_OCInitStruct); TIM_OC2Init(TIM1, TIM_OCInitStruct); TIM_OC3Init(TIM1, TIM_OCInitStruct); TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_OC3PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE); // 主输出使能 TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); // 中心对齐中断 TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_CC1, ENABLE); NVIC_EnableIRQ(TIM1_CC_IRQn); }3.2 ADC 双路同步采样配置void ADC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); GPIO_InitStruct.GPIO_Mode GPIO_Mode_AIN; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); ADC_InitStruct.ADC_Mode ADC_Mode_Independent; ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode DISABLE; ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode DISABLE; ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStruct.ADC_DataAlign ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel 1; ADC_Init(ADC1, ADC_InitStruct); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); ADC_ResetCalibration(ADC1); while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); } u16 Get_ADC(u8 ch) { ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); return ADC_GetConversionValue(ADC1); }4. 全局 FOC 变量定义// 电流 float Iu, Iv, Iw; float Ialpha, Ibeta; float Id, Iq; // 电压 float Vd, Vq; float Valpha, Vbeta; // 角度与速度 float theta; float speed_real; float Iq_ref; // 校准 u16 Offset_U, Offset_V; #define CURRENT_GAIN 0.0025f // PID PID_t PID_Id, PID_Iq, PID_Speed, PLL_PID;5. 电流采样与偏置校准void Current_Calib(void) { u32 sumu 0, sumv 0; for(int i0; i1024; i) { sumu Get_ADC(ADC_Channel_0); sumv Get_ADC(ADC_Channel_1); } Offset_U sumu / 1024; Offset_V sumv / 1024; } void Current_Get(void) { float adcu Get_ADC(ADC_Channel_0); float adcv Get_ADC(ADC_Channel_1); Iu (adcu - Offset_U) * CURRENT_GAIN; Iv (adcv - Offset_V) * CURRENT_GAIN; Iw -Iu - Iv; }6. 完整 FOC 中断函数最重要void TIM1_CC_IRQHandler(void) { if(TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC1) ! RESET) { TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC1); // 1. 采样电流 Current_Get(); // 2. Clark Clark(Iu, Iv, Iw, Ialpha, Ibeta); // 3. SMO观测 PLL角度 SMO_Calc(Valpha, Vbeta, Ialpha, Ibeta); PLL_Calc(); theta smo.theta_hat; // 4. Park Park(Ialpha, Ibeta, theta, Id, Iq); // 5. 电流环PI Vd PID_Calc(PID_Id, 0.0f, Id); Vq PID_Calc(PID_Iq, Iq_ref, Iq); // 6. 弱磁控制可选 // WeakField_Calc(); 7. 反Park InvPark(Vd, Vq, theta, Valpha, Vbeta); // 8. SVPWM SVPWM_Calc(Valpha, Vbeta); } }7. 启动流程上电直接运行int main(void) { SystemInit(); PWM_Init(); ADC_Init(); UART1_Init(); // 电流校准 Current_Calib(); // PID参数初始化 PID_Init(PID_Id, 2.0f, 0.1f, 0, 10, -10); PID_Init(PID_Iq, 2.0f, 0.1f, 0, 10, -10); PID_Init(PID_Speed, 0.5f, 0.05f,0, 5, -5); PID_Init(PLL_PID, 10.0f, 20.0f,0, 100,-100); // SMO参数 smo.Rs 0.5f; smo.Ls 0.001f; smo.Ts 1.0f/16000.0f; smo.K_smo 0.1f; // 开环拖动 OpenLoop_Drag(); // 主循环 while(1) { if(flag_1ms) { flag_1ms 0; // 速度环 speed_real smo.omega_hat / (2*PI) * 60.0f; Iq_ref PID_Calc(PID_Speed, 2000.0f, speed_real); } // 串口打印调试 printf(Id%.2f, Iq%.2f, speed%.1f\r\n, Id, Iq, speed_real); } }8. 开环拖动 I/F 启动void OpenLoop_Drag(void) { float open_theta 0; int cnt 0; while(cnt 3000) // 拖动约300ms { open_theta 0.005f; if(open_theta 2*PI) open_theta - 2*PI; // 固定Iq开环 Vq 0.5f; Vd 0; InvPark(Vd, Vq, open_theta, Valpha, Vbeta); SVPWM_Calc(Valpha, Vbeta); cnt; Delay_ms(1); } }9. 工程使用说明一步一步跑起来新建 Keil 工程选择对应 MCU添加上述所有 .c 文件根据实际电机修改smo.Rs相电阻smo.Ls相电感CURRENT_GAIN采样放大倍数PWM 频率 ARR下载程序串口看打印Id、Iq、speed 稳定无跳变电机应启动顺滑运行安静调速线性10. 常见调试问题电机抖动不转电流方向反 → Iu -Iu角度方向反 → theta -theta发热大PID 参数过大电流采样不准低速啸叫SMO 增益不合理PLL 参数不对高速上不去未开弱磁母线电压不足