《DMF407电机控制专题教程》第26章 无刷电机无感方波闭环控制

第26章无刷电机无感方波闭环控制​

前面我们已经学会了无感方波的基本控制，本章将使用PID来实现无刷电机无感控制的速度闭环控制和速度+电流双闭环控制。​

本章分为如下几个小节：​

26.1无感速度闭环控制​

26.2 无感速度&电流双闭环控制​

26.1 无感速度闭环控制​

要实现速度闭环，首先需要先了解下无刷无感驱动的测速原理，这样才可以知道当前转速是否符合我们的设定值。​

26.1.1 无刷无感测速原理​

无感测速原理与有感类似，有感通过霍尔信号测速，无感通过过零信号测速，两者输出的波形一致。当转子只有一对级时，电机旋转一圈，每一相都会出现两次过零点，只需检测其中一相过零信号高电平持续时间，即可求出旋转一圈所需时间。详情可以回顾下24.1.1小节。​

26.1.2 硬件设计​

1、例程功能​

• 本实验以电机开发板的直流有刷/无刷电机驱动接口1为例。 ​
• 当按键0按下，就增大目标速度值；当按键1按下，就减小目标速度值。目标速度的绝对值大小决定电机的速度，它的正负决定电机的正反转方向。按下按键2则马上停止电机。​
• 屏幕显示按键功能、占空比、目标转速以及实际转速以及显示无刷电机电压、电流和温度、速度等等信息。​
• 可通过串口1即USB_TTL接口连接正点原子PID调试助手，查看PID波形。​
• LED0闪烁指示程序运行。​

2、硬件资源​

1）LED灯：LED0 – PE0​

2）独立按键​

KEY0 – PE2​

KEY1 – PE3​

KEY2 – PE4​

3）定时器： ​

TIM1_CH1：PA8​

TIM1_CH2：PA9​

TIM1_CH3：PA10​

IO：PB13\14\15​

使能引脚：SHDN: PF10​

4）过零信号检测引脚​

过零U相 – PH10​

过零V相– PH11​

过零W相– PH12​

5）无刷电机​

6）无刷电机驱动板​

7）12-60V的DC电源​

8）ADC：ADC1_CH9：PB1​

ADC1_CH0：PA0​

ADC1_CH8：PB0​

ADC1_CH6：PA6​

ADC1_CH3：PA3​

3、原理图​

原理图部分和开环控制完全一致，这里就不重复叙述了，可以参考之前的章节。​

26.1.3 程序设计​

26.1.3.1 无刷电机无感速度闭环的配置步骤 ​

1）电机基本驱动​

实现电机的基础驱动函数，启停、6步换向组合、过零控制等等​

2）初始化ADC（保留）​

初始化ADC通道的IO，设置ADC工作方式、DMA等等​

3）PID闭环控制实现​

实现PID的初始参数赋值、PID计算等等​

4）上位机通信协议​

编写上位机通信代码，可在上位机上实时显示当前速度与目标速度的波形变化​

5）编写中断服务函数​

PWM中断用于无感驱动状态切换、换向控制、堵转检测、PID闭环控制等等​

26.1.3.2 程序流程图​

图26.1.3.2.1 无刷电机无感速度闭环控制流程图​

26.1.3.3 程序解析​

这里我们只讲解核心代码，使用了PID闭环控制，因此需要PID部分的程序，计算过程一致，这里仅列出无感闭环的PID部分参数，如下。​

/*定义PID参数相关宏*/​
#define KP 0.05000f  /* P参数*/​
#define KI 0.00025f   /* I参数*/​
#define KD 0.000150f  /* D参数*/​
#define SMAPLSE_PID_SPEED 40  /* 采样率 单位ms*/

接着是定时器中断回调函数，在里边实现速度计算以及过零控制如下。​

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)​
{​
 uint8_t i;​
 static uint8_t times_count = 0;   /* 定时器时间记录 */​
 if(htim->Instance == ATIM_TIMX_PWM)  /* 55us */​
 {​
 if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN)​
 {​
 /******************* 三相电流采集 *******************/​
 for(i=0; i<3; i++)​
 {​
 adc_val_m1[i] = g_adc_val[i+2];​
 adc_amp[i] = adc_val_m1[i] – ​
    adc_amp_offset[i][ADC_AMP_OFFSET_TIMES];​
 if(adc_amp[i] < 0) ​
 adc_amp_un[i] = 0;  /* 反电动势电压为悬空绕组直接清0 */​
 else if(adc_amp[i] >= 0)  /* 去除反电动势引起的负电流数据 */​
 adc_amp_un[i] = adc_amp[i];​
 }​
 /*运算母线电流（母线电流为任意两个有开关动作的相电流之和）*/​
 adc_amp_bus = (adc_amp_un[0] + adc_amp_un[1] + ​
   adc_amp_un[2])*ADC2CURT;​
 }​
#ifdef H_PWM_L_ON​
 /* 过零控制 */​
 zero_ctr_loop();​
 /*************** 速度环PID控制 *****************/​
 具有一定速度（有速度测量说明已经进入过零闭环状态）后才能进入PID闭环控制 */​
 if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN && g_zero_ctr_status == 3)​
 {​
 temp_pwm1 = increment_pid_ctrl(&g_speed_pid,g_bldc_motor1.speed);​
 FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_s,temp_pwm1,0.085);​
 /* 最低速度限制 */​
 if(motor_pwm_s < 0)​
 {​
 /* 加速启动速度 */​
 if(motor_pwm_s >= -600)​
 motor_pwm_s = -600;​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = -motor_pwm_s;​
 }​
 else​
 {​
 if(motor_pwm_s <= 600)​
 motor_pwm_s = 600;​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_s;​
 }​
 }​

#endif​
 }​
 if(htim->Instance == TIM6)​
 {​
 /******************基准电压测量 ********************/​
 times_count++;​
 if(g_bldc_motor1.run_flag == STOP)​
 {​
 uint8_t i;​
 uint32_t avg[3] = {0,0,0};​
 adc_amp_offset[0][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[2];​
 adc_amp_offset[1][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[3];​
 adc_amp_offset[2][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[4];​
 adc_amp_offset_p ++;​
 NUM_CLEAR(adc_amp_offset_p,ADC_AMP_OFFSET_TIMES);​
 for(i=0; i<ADC_AMP_OFFSET_TIMES; i++)​
 {​
 avg[0] += adc_amp_offset[0][i];​
 avg[1] += adc_amp_offset[1][i];​
 avg[2] += adc_amp_offset[2][i];​
 }​
 for(i=0; i<3; i++)​
 {​
 avg[i] /= ADC_AMP_OFFSET_TIMES;​
 adc_amp_offset[i][ADC_AMP_OFFSET_TIMES] = avg[i];​
 }​
 }​
 if(times_count == SMAPLSE_PID_SPEED)​
 {​
#if (LOCK_TAC==2)​
 /********************* 堵塞处理 *******************/​
 if(g_bldc_motor1.locked_rotor==1)  /* 堵塞 */​
 {​
 clc++;​
 if(clc > 50)  /* 延迟2s后重新启动*/​
 {​
 clc = 0;​
 pid_init();​
 stop_motor1();​
 g_speed_pid.SetPoint = 400.0;  /* 400PRM */​
 g_bldc_motor1.dir = CW;  /* 初始方向正转 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 600;  /* 加速启动速度 */​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN;  /* 开启运行 */​
 start_motor1();  /* 运行电机 */​
 g_bldc_motor1.locked_rotor = 0;​
 g_zero_ctr_status = 0;  /* 堵塞状态需要重新定位初始位置 */​
 }​
 }​
#endif​
 times_count=0;​
 }​
 }​
}

在中断回调函数里边同样会调用过零控制函数zero_ctr_loop，该函数内容与上节课完全一致，这里就不多赘述。主要来看下PID的控制环节，首先通过无感控制状态判断决定是否打开PID控制，当过零信号稳定就会进入PID控制，首先通过过零信号计算得出的电机转速，接着将电机转速进行滤波，然后带入PID计算，经过限幅将PWM带入到下一次中断时启用。这里我们还在中断中加上了堵转处理，当电机因意外或过流导致停机时，当堵转时间超过2s，此时会重新初始化PID并以400RPM的初始速度重新开启电机旋转。​

main函数主要是通过按键设定闭环的目标速度值，内容如下。​

int main(void)​
{​
 uint8_t key,t;​
 char buf[32];​
 int16_t pwm_duty_temp=0;​
 float current[3]= {0.0f};​
 float current_lpf[4]= {0.0f};​
 uint16_t strar_sf=0;/* 启动速度标识 */​
 uint8_t display_motor_offest=0;​

 HAL_Init();  /* 初始化HAL库 */​
 sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);  /* 设置时钟,168Mhz */​
 delay_init(168);  /* 延时初始化 */​
 usart_init(115200);  /* 串口初始化为115200 */​
 led_init();  /* 初始化LED */​
 key_init();  /* 初始化按键 */​
 lcd_init();  /* 初始化LCD */​
 bldc_init(168000/18-1,0);​
 bldc_ctrl(MOTOR_1,CW,1000);    /* 初始无刷电机接口1速度 */​
 adc_nch_dma_init();​
 pid_init();​

 g_point_color = WHITE;​
 g_back_color = BLACK;​
 lcd_show_string(10,10,200,16,16,"BLDC Motor Test",g_point_color);​
 lcd_show_string(10,30,200,16,16,"KEY0:Step++",g_point_color);​
 lcd_show_string(10,50,200,16,16,"KEY1:Step--",g_point_color);​
 lcd_show_string(10,70,200,16,16,"KEY2:Stop",g_point_color);​

 while (1)​
 {​
 t++;​
 if(t % 20 == 0)​
 {​
 sprintf(buf,"SetSpeed:%4d ",(int16_t)(*User_SetPoint)); ​
/* 显示设置速度 */​
 lcd_show_string(10,110+display_motor_offest,200,16,16,buf,​
g_point_color);​
 sprintf(buf,"M1 speed:%4d ",g_bldc_motor1.speed);  /* 显示转速 */​
 lcd_show_string(10,130+display_motor_offest,200,16,16,buf,​
g_point_color);​
 sprintf(buf,"M1 pos:%4d ",g_bldc_motor1.pos);  /* 显示测量速度 */​
 lcd_show_string(10,150+display_motor_offest,200,16,16,buf,​
g_point_color);​
 sprintf(buf,"PWM_Duty:%.1f%%",(float)((g_bldc_motor1.pwm_duty/​
(float)MAX_PWM_DUTY)*100)); /* 显示控制PWM占空比 */​
 lcd_show_string(10,170+display_motor_offest,200,16,16,buf,​
g_point_color); ​
 LED0_TOGGLE();   /* LED0(红灯) 翻转 */​

 if(g_bldc_motor1.run_flag==STOP)  /* 停机的电流显示 */​
 {​
 current_lpf[0]=0;​
 current_lpf[1]=0;​
 current_lpf[2]=0;​
 }​
 current[0]=adc_amp_un[0]* ADC2CURT;/* U */​
 current[1]=adc_amp_un[1]* ADC2CURT;/* V */​
 current[2]=adc_amp_un[2]* ADC2CURT;/* W */​

 /* 一阶数字滤波 滤波系数0.1 用于显示 */​
 FirstOrderRC_LPF(current_lpf[0],current[0],0.1f);​
 FirstOrderRC_LPF(current_lpf[1],current[1],0.1f);​
 FirstOrderRC_LPF(current_lpf[2],current[2],0.1f);​
 FirstOrderRC_LPF(current_lpf[3],adc_amp_bus,0.1f);​
 sprintf(buf,"Amp U:%.3fmA ",(float)current_lpf[0]);​
 lcd_show_string(10,230,200,16,16,buf,g_point_color);​
 sprintf(buf,"Amp V:%.3fmA ",(float)current_lpf[1]);​
 lcd_show_string(10,250,200,16,16,buf,g_point_color);​
 sprintf(buf,"Amp W:%.3fmA ",(float)current_lpf[2]);​
 lcd_show_string(10,270,200,16,16,buf,g_point_color);​
 sprintf(buf,"Amp Bus:%.3fmA ",(float)adc_amp_bus);​
 lcd_show_string(10,290,200,16,16,buf,g_point_color);​
 }​

 key = key_scan(0);​
 if(key == KEY0_PRES)​
 {​
 step_up();​
 }​
 if(key == KEY1_PRES)  /* 按下KEY1开启电机 */​
 {​
 step_down(); ​
 }​
 if(key == KEY2_PRES)  /* 按下KEY2关闭电机 */​
 {​
 stop_motor1();     /* 停机 */​
 g_bldc_motor1.run_flag=STOP; /* 标记停机 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty=0;​
 pid_init();     /* 初始化PID */​
 clc=0;      /* 清零等待时间 */​
 }​
 delay_ms(10);​
 }​
}​
void step_up(void)​
{​
 g_bldc_motor1.run_flag=RUN; /* 开启运行 */​
 start_motor1();    /* 开启运行 */​
 if(g_bldc_motor1.dir==CW&&*User_SetPoint==0)​
 {​
 g_bldc_motor1.dir=CCW;​
 }​
 *user_setpoint+=400;  /* 逆时针旋转下递增*/​
 if(*user_setpoint==0)​
 {​
 stop_motor1();   /* 开启运行 */​
 g_bldc_motor1.run_flag=STOP;/* 标记停机 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty=0;​
 pid_init();   /* 初始化PID */​
 g_bldc_motor1.speed=0;​
 motor_pwm_s=0;​
 }​
 if(*user_setpoint>=3200) /* 最高不超过3200prm */​
 {​
 *user_setpoint=3200;​
 }​
 debug_data_temp=*user_setpoint;​
}​
void step_down(void)​
{​
 g_bldc_motor1.run_flag=RUN; /* 开启运行 */​
 start_motor1();    /* 开启运行 */​
 if(g_bldc_motor1.dir==CCW&&*user_setpoint==0)​
 {​
 g_bldc_motor1.dir=CW;​
 }​
 *user_setpoint-=400;  /* 逆时针旋转下递增*/​
 if(*user_setpoint==0)​
 {​
 stop_motor1();   /* 开启运行 */​
 g_bldc_motor1.run_flag=STOP;/* 标记停机 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty=0;​

 pid_init();   /* 初始化PID */​
 g_bldc_motor1.speed=0;​
 motor_pwm_s=0;​
 }​
 if(*user_setpoint<=-3200) /* 最高不超过3200prm */​
 {​
 *user_setpoint=-3200;​
 }​
 debug_data_temp=*user_setpoint;​
}

无感闭环切换方向时还需跳出PID过程，重新建立稳定的无感旋转过程，然后再次进入PID控制，因此按键控制逻辑相对多一点，并且PID还需要重新初始化，防止变量没有清零造成失控的现象。​

26.1.4 下载验证​

下载代码后，可以看到LED0在闪烁，说明程序已经正常在跑了，LCD上显示按键功能、占空比以及电机速度信息和显示程序计算的电压、电流等信息，当我们按下KEY0，目标速度将增大；按下KEY1，目标速度将减小；按下KEY2，电机将停止。目标速度为正数时，电机正转，反之电机反转。我们再打开PID调试助手（注意接上串口1的USB_TTL连接至电脑），选择对应的串口端口，接着勾选通道1和2，点击“开始”按钮，即可开始显示波形，如下图26.1.4.1，大家可以自己下载程序并点击按键测试效果。​

图26.1.4.1 PID调节效果​

图26.1.4.1中，橙线代表目标速度，红线代表实际速度，当我们按下KEY0，目标速度增大，橙线先发生变化，而红线（实际速度）会逐渐靠近橙线（目标速度）；按下KEY1，目标速度将减小，曲线的变化同理；按下KEY2，电机将停止，目标速度将为0。​

注意：1、本实验需要使用USB数据线连接开发板的串口1到电脑，并启动电机之后才会有波形变化；2、如果发现波形不对，请检查电机接线；3、PID系数并不是通用的，如果PID曲线不理想，大家需要根据自己的实际系统去调节​

26.2 无感速度+电流双闭环控制​

要实现无感的速度+电流双闭环控制，只需在速度环的基础上加上电流环部分即可。三相电流的采集已经在前面的课程（第23章）学习过了，所以下面我们直接进入代码实现。​

26.2.1 硬件设计​

1、例程功能​

• 本实验以电机开发板的直流有刷/无刷电机驱动接口1为例。​
• 通过PID电流环的初始化设置转矩大小，即目标电流大小。目标电流越大，转矩越大。​
• 当按键0按下，就增大目标速度值；当按键1按下，就减小目标速度值。目标速度的绝对值大小决定电机的速度，它的正负决定电机的正反转方向。按下按键2则马上停止电机。​
• 屏幕显示按键功能、占空比、目标转速以及实际转速以及显示无刷电机电压、电流和温度、速度等等信息。​
• 可通过串口1即USB_TTL接口连接正点原子PID调试助手，查看PID波形。​
• LED0闪烁指示程序运行。​

2、硬件资源​

1）LED灯：LED0 – PE0​

2）独立按键​

KEY0 – PE2​

KEY1 – PE3​

KEY2 – PE4​

3）定时器： ​

TIM1_CH1：PA8​

TIM1_CH2：PA9​

TIM1_CH3：PA10​

IO：PB13\14\15​

使能引脚：SHDN: PF10​

4）过零信号检测引脚​

过零U相 – PH10​

过零V相– PH11​

过零W相– PH12​

5）无刷电机​

6）无刷电机驱动板​

7）12-60V的DC电源​

8）ADC：ADC1_CH9：PB1​

ADC1_CH0：PA0​

ADC1_CH8：PB0​

ADC1_CH6：PA6​

ADC1_CH3：PA3​

3、原理图​

图26.2.1.1 无刷电机接口1原理图​

接口涉及的IO如下。​

表26.2.1.1 无刷相关IO口说明​

驱动板和电机的连接方式之前已经介绍过了，驱动板和开发板连接只需要使用排线连接即可（霍尔传感器接口可不接，JP3跳线帽注意接H&Z与ZERO即可），实物连接如下。​

图26.2.1.2 开发板&驱动板连接图​

26.2.2 程序设计​

26.2.2.1 无刷电机速度+电流双闭环的配置步骤 ​

1）实现电机基本驱动​

实现电机的基础驱动函数，启停、6步换向组合等等​

2）初始化ADC​

初始化ADC通道的IO，设置ADC工作方式、DMA等等​

3）PID闭环控制实现​

实现PID的初始参数赋值、PID计算等等​

4）上位机通信协议​

编写上位机通信代码，可在上位机上实时显示当前速度与目标速度的波形变化​

5）编写中断服务函数​

PWM中断用于换向控制、堵转检测等等，添加PID的周期计算调用​

26.2.2.2 程序流程图​

图26.2.2.2.1 无刷电机速度+电流双闭环控制流程图​

26.2.2.3 程序解析​

这里我们只讲解核心代码，定时器及ADC的相关程序都和之前一致，这里就不重复列出了，速度+电流双闭环的PID参数的定义有不同。实际内容如下所示。​

/*定义PID参数相关宏*/​
#define S_KP 0.05000f  /* 速度环的P参数需远小于电流环的P */​
#define S_KI 0.00025f  /* I参数*/​
#define S_KD 0.000150f   /* D参数*/​
/*定义PID参数相关宏*/​
#define C_KP 2.00f  /* P参数*/​
#define C_KI 0.20f  /* I参数*/​
#define C_KD 0.01f  /* D参数*/​
#define SMAPLSE_PID_SPEED 40  /* 采样率 单位ms*/

其中C_KP，C_KI，C_KD为电流环的PID参数，S_KP，S_KI，S_KD为速度环的PID参数，PID的计算过程和之前的一致，这里就不贴出来了，大家感兴趣可以打开源码查看。重点内容PID控制在定时器的中断回调函数里进行，在bldc_tim.c中实现，贴出的程序删除了部分代码避免篇幅太长，中断服务函数内容如下。​

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)​
{​
 uint8_t i;​
 static uint8_t times_count=0;/*定时器时间记录*/​
 if(htim->Instance == ATIM_TIMX_PWM)//55us​
{​
… …​
#ifdef H_PWM_L_ON​
 /* 过零控制 */​
 zero_ctr_loop();​
 /**************** PID控制 ****************/​
 if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN && g_zero_ctr_status == 3) ​
 {​
 /* 速度+电流双环控制 */​
 pid_s_count++;​
 pid_c_count++;​
 /* 速度环 */​
 if(pid_s_count>2)​
 {​
   … … /*省略部分代码 */ ​
 if(debug_switch == 0)​
 {​
 temp_pwm1 = increment_pid_ctrl(&g_speed_pid,g_bldc_motor1.speed);​
 FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_s,temp_pwm1,0.5);​
 if(motor_pwm_s < 0)​
 {​
 /*加速启动速度*/​
 if(motor_pwm_s >= -600)​
 motor_pwm_s = -600;​
 motor_pwm_sl = -motor_pwm_s;​
 }​
 else​
 {​
 if(motor_pwm_s <= 600)​
 motor_pwm_s = 600;​
 motor_pwm_sl = motor_pwm_s;​
 }​
 *user_setpoint = debug_data_temp;/*重新保持上位机指令要求*/​
 pid_s_count = 0;​
 }​
 }​
 if(debug_switch == 0)​
 {​
 /* 电流环 */​
 if(pid_c_count > 1)​
 {​
/*换向尖峰电流大于设定的电流值将导致PID调节转至电流环调节 速度环无法起作用，转速无法调节*/​
 if(adc_amp_bus > (g_current_pid.SetPoint - 20))​
 {​
 cf_count++;/* 滤除换向尖峰电流的影响 */​
 if(cf_count > 4)​
 {​
 cf_count = 0;​
 temp_pwm2 = ​
      increment_pid_ctrl(&g_current_pid,adc_amp_bus);​
 FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_c,temp_pwm2,0.085);​
 }​
 }​
 else​
 {​
 cf_count = 0;​
 temp_pwm2 = ​
      increment_pid_ctrl(&g_current_pid,adc_amp_bus);​
 FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_c,temp_pwm2,0.085);​
 }​
 pid_c_count = 0;​
 }​
 /* 电流环输出值大于速度环输出则使用速度环调节 */​
 if(motor_pwm_c > motor_pwm_sl)​
 {​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_sl;​
 if(motor_pwm_s < 0) /* 正反转积分控制 */​
 g_current_pid.Ui = -g_speed_pid.Ui;​
 else​
 g_current_pid.Ui = g_speed_pid.Ui;​
 }​
 else /* 速度环输出值大于电流环输出则使用电流环调节 */​
 {​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_c;​
 if(g_bldc_motor1.dir == CCW)​
 g_speed_pid.Ui = -g_current_pid.Ui;​
 else​
 g_speed_pid.Ui = g_current_pid.Ui;​
 }​
 } ​
 }​
 /* 上位机 -> 开发板 方向变化处理 */​
 if(debug_switch == 1 && abs((int)(*user_setpoint)) >= 400)​
 {​
 if(*user_setpoint > 0)​
 g_bldc_motor1.dir = CW;​
 else​
 g_bldc_motor1.dir = CCW;​
 start_motor1();  /* 开启运行 */​
 g_zero_ctr_status = 0;​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN;  /* 开启运行 */​
 debug_switch = 0;​
 }​

#endif​
 }​
 if(htim->Instance == TIM6)​
 {​
 /***************** 采集电机停机状态下的偏置电压 ******************/​
 times_count++;​
 if(g_bldc_motor1.run_flag == STOP)​
 {​
 uint8_t i;​
 uint32_t avg[3] = {0,0,0};​
 adc_amp_offset[0][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[2];​
 adc_amp_offset[1][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[3];​
 adc_amp_offset[2][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[4];​
 adc_amp_offset_p ++;​
 NUM_CLEAR(adc_amp_offset_p,ADC_AMP_OFFSET_TIMES);​
 for(i=0; i<ADC_AMP_OFFSET_TIMES; i++)​
 {​
 avg[0] += adc_amp_offset[0][i];​
 avg[1] += adc_amp_offset[1][i];​
 avg[2] += adc_amp_offset[2][i];​
 }​
 for(i=0; i<3; i++)​
 {​
 avg[i] /= ADC_AMP_OFFSET_TIMES;​
 adc_amp_offset[i][ADC_AMP_OFFSET_TIMES] = avg[i];​
 }​
 }​
 /***************** 定时判断电机是否发生堵塞 *******************/​
 if(times_count == SMAPLSE_PID_SPEED)​
 {​
#if (LOCK_TAC == 2)​
 if(g_bldc_motor1.locked_rotor == 1)  /* 到达一定速度后可进入闭环控制 */​
 {​
 clc++;​
 if(clc > 50)  /* 延迟2s后重新启动 */​
 {​
 clc = 0;​
 pid_init();​
 stop_motor1();​
 g_speed_pid.SetPoint = 400.0; /* 400PRM */​
 g_bldc_motor1.dir = CW;​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 600; /* 加速启动速度 */​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN; /* 开启运行 */​
 start_motor1();  /* 运行电机 */​
 g_bldc_motor1.locked_rotor = 0;​
 g_zero_ctr_status = 0;  /* 堵塞状态需要重新定位初始位置 */​
 }​
 }​
#endif​
 times_count = 0;​
 }​
 }​
}

在定时器1更新中断里首先优先进行电流环的PID计算，这里需要进行滤波，避免换向尖峰对PID的影响，接着通过过零跳变数量计算电机转速，经过计数分频，进入速度环PID计算函数，带入上述计算的速度，得到速度环计算出的PWM输出值，然后将两个环的输出做比较，如果电流环较大则使用速度环输出，否则使用电流环输出，最终赋值到定时器，在下一次中断时使用新的PWM用于驱动无刷电机。这里我们还在中断中加上了堵转处理，当电机因意外或过流导致停机时，当堵转时间超过2s，此时会重新初始化PID并以400RPM的初始速度重新开启电机旋转。接着看来先下主函数main.c内容如下。​

int main(void)​
{​
 uint16_t adc_vbus,adc_temp;​
 uint8_t debug_cmd=0;​
 float current_lpf[4]= {0.0f};​
 uint8_t key,t;​
 char buf[32];​
 float current[3]= {0.0f};​
 int16_t speed_diplay=0;​
 float user_setpoint_temp=0.0;​

 HAL_Init();  /* 初始化HAL库 */​
 sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);  /* 设置时钟,168Mhz */​
 delay_init(168);  /* 延时初始化 */​
 usart_init(115200);  /* 串口初始化为115200 */​
 led_init();  /* 初始化LED */​
 key_init();  /* 初始化按键 */​
 lcd_init();  /* 初始化LCD */​
 bldc_init(168000/18-1,0);​
 bldc_ctrl(MOTOR_1,CW,1000);  /* 初始无刷电机接口1速度 */​
 adc_nch_dma_init();​
 pid_init();​

 g_point_color = WHITE;​
 g_back_color = BLACK;​
 lcd_show_string(10,10,200,16,16,"BLDC Motor Test",g_point_color);​
 lcd_show_string(10,30,200,16,16,"KEY0:Step++",g_point_color);​
 lcd_show_string(10,50,200,16,16,"KEY1:Step--",g_point_color);​
lcd_show_string(10,70,200,16,16,"KEY2:Stop",g_point_color);​

#if DEBUG_ENABLE             /*开启调试*/​
 debug_init();            /*PID调试初始化*/​
 debug_send_motorcode(BLDC_MOTOR ); /*直流无刷电机*/​
 debug_send_motorstate(IDLE_STATE); /*电机空闲*/​
 /* 初始化同步数据（选择第x组PIDX,目标速度地址,P,I,D参数）到上位机 */​
 debug_send_initdata(TYPE_PID1,user_setpoint,C_KP,C_KI,C_KD);​
 debug_send_initdata(TYPE_PID2,user_setpoint,S_KP,S_KI,S_KD); ​
#endif​

 while (1)​
 {​
 … … /* 省略部分代码 */​

 key = key_scan(0);​
 if(key == KEY0_PRES)​
 {​
 step_up();​
 }​
 else if(key == KEY1_PRES)  /* 按下KEY1开启电机 */​
 {​
 step_down(); ​
 }​
 else if(key == KEY2_PRES)  /* 按下KEY2关闭电机 */​
 {​
 stop_motor1();  /* 停机 */​
 g_bldc_motor1.run_flag = STOP;  /* 标记停机 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;​
 motor_pwm_sl = 0;​
 motor_pwm_c = 0;​
 g_zero_ctr_status = 0;​
 g_bldc_motor1.speed = 0;​
 pid_init();  /* 初始化PID */​
 }​
 delay_ms(10);​

#if DEBUG_ENABLE​
 /* Debug发送部分 */​
 /* 主要显示参数 */​
 debug_send_valtage(adc_vbus * ADC2VBUS);  /* 发送电压 */​
 debug_send_speed(g_bldc_motor1.speed);  /* 发送速度 */​
 debug_send_distance((uint64_t)(g_bldc_motor1.sum_pos)); ​
 debug_send_temp(50,get_temp(adc_temp));  /* 发送电机温度、驱动板温度 */​
 debug_send_current((float)(current_lpf[0]/1000),​
      (float)(current_lpf[0]/1000),​
       (float)(current_lpf[0]/1000));/*发送电流*/​
 /* 电流波形和速度波形 */​
 debug_send_wave_data(1,(int16_t)g_bldc_motor1.speed); /*1发送实际速度​
 debug_send_wave_data(2,(int16_t)*user_setpoint); /*2发送目标速度 */ ​
 debug_send_wave_data(3,current_lpf[0]);  /* 选择通道3 发送实际电流U */​
 debug_send_wave_data(4,current_lpf[1]);  /* 选择通道4 发送实际电流V */​
 debug_send_wave_data(5,current_lpf[2]);  /* 选择通道5 发送实际电流W */​
 debug_send_wave_data(6,current_lpf[3]);  /* 选择通道6 发送实际母线电流 */ ​
 debug_send_wave_data(7,adc_amp_bus);  /* 选择通道7 发送实际电流W */​
 debug_send_wave_data(8,g_current_pid.SetPoint);   /*8实际母线电流 */ ​
 /* Debug接收部分 */​
 debug_receive_pid(TYPE_PID1,(float*)&g_current_pid.Proportion,   (float*)&g_current_pid.Integral,(float*)&g_current_pid.Derivative);​
 debug_receive_pid(TYPE_PID2,(float*)&g_speed_pid.Proportion,   (float*)&g_speed_pid.Integral,(float*)&g_speed_pid.Derivative);​
 debug_cmd = debug_receive_ctrl_code();   /* 读取命令 */​
 if(debug_cmd == HALT_CODE)     /* 停机 */​
 {​
 stop_motor1();​
 pid_init();​
 g_bldc_motor1.run_flag = STOP;  /* 标记停机 */​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;​
 }​
 else if(debug_cmd == RUN_CODE)    /* 运行 */​
 {​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN;   /* 运行标记 */​
 *user_setpoint = 400;    /* 自动设置目标 */​
 debug_data_temp = *user_setpoint;​
 start_motor1();   /* 启动电机 */​
 debug_send_motorstate(RUN_STATE);  /* 电机运行 */​
 }​
 else if (debug_cmd == BREAKED)    /* 刹车*/​
 {​
 *user_setpoint = 0;     /* 减速直至0 */​
 debug_send_motorstate(BREAKED_STATE);    /* 电机刹车 */​
 }​
#endif​
 delay_ms(10);​
 }​
}​
void step_up(void)​
{​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN;    /* 开启运行 */​
 start_motor1();     /* 开启运行 */​

 if(g_bldc_motor1.dir == CCW && *user_setpoint == 0)   /* 切换方向条件*/​
 {​
 g_bldc_motor1.dir = CW; ​
 }​
 *user_setpoint += 400;     /* 递增​
 if(*user_setpoint == 0)​
 {​
 g_bldc_motor1.run_flag = STOP;    /* 标记停机 */​
 stop_motor1();     /* 停机 */​
 pid_init();     /* 初始化PID */​
 g_bldc_motor1.speed = 0;​
 g_zero_ctr_status = 0;​
 motor_pwm_sl = 0;​
 motor_pwm_c = 0;​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;​
 }​
 if(*user_setpoint >= 3200)    /* 限速 */​
 *user_setpoint = 3200;​
 debug_data_temp = *user_setpoint;​
}​
void step_down(void)​
{​
 g_bldc_motor1.run_flag = RUN;    /* 开启运行*/​
 start_motor1();     /* 运行电机*/​
 /*切换方向条件*/​
 if(g_bldc_motor1.dir == CW && *user_setpoint == 0)​
 {​
 g_bldc_motor1.dir = CCW; ​
 }​
 *user_setpoint -= 400;     /* 递增 */​
 if(*user_setpoint == 0)​
 {​
 g_bldc_motor1.run_flag = STOP;    /* 标记停机*/​
 stop_motor1();     /* 停机*/​
 pid_init();     /* 初始化PID*/​
 g_bldc_motor1.speed = 0;​
 g_zero_ctr_status = 0;​
 motor_pwm_sl = 0;​
 motor_pwm_c = 0;​
 g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;​
 }​
 if(*user_setpoint <= -3200)    /* 限速*/​
 *user_setpoint = -3200;​
 debug_data_temp = *user_setpoint;​
}

main函数主要初始化基本外设以及BLDC等等，然后添加上位机通信协议，将实际转速数据、目标转速数据、实际电流、目标电流分别发送给上位机的通道1、2、7、8上进行显示。按键判断逻辑：按下KEY0目标转速加400RPM，按下KEY1目标转速减400RPM，按下KEY2停止电机旋转​

26.2.3 下载验证​

下载代码后，可以看到LED0在闪烁，说明程序已经正常在跑了，LCD上显示按键功能、占空比以及电机速度信息和显示程序计算的电压、电流等信息，当我们按下KEY0，目标速度将增大；按下KEY1，目标速度将减小；按下KEY2，电机将停止。目标速度为正数时，电机正转，反之电机反转。我们再打开PID调试助手（注意接上串口1的USB_TTL连接至电脑），选择对应的串口端口，接着勾选通道1和2以及通道7和8，点击“开始”按钮，即可开始显示波形。大家可以使用手给电机增加点负载，可以明显感觉到电机一开始会因为负载增加速度减慢，后续逐渐加速上去直至和目标速度一致，如下图26.2.3.1，大家可以自己下载程序并点击按键测试效果。​

图26.2.3.1 PID调节效果​

图26.2.3.1中，橙线代表目标速度，红线代表实际速度，紫线代表实际母线电流，粉线代表目标电流（由于PID初始化时已经设定了电流环的目标值，所以粉线为直线），当我们按下KEY0，目标速度增大，橙线先发生变化，而红线（实际速度）会逐渐靠近橙线（目标速度）；可以看到紫线（实际电流）并未靠近粉线（目标电流），是由于代码中将两个环的输出做比较，如果电流环较大则使用速度环输出，否则使用电流环输出导致的。当我们手动给电机加负载，就能明显看到实际电流会在目标电流附近波动；按下KEY1，目标速度将减小，曲线的变化同理；按下KEY2，电机将停止，目标速度将为0。​

注意：1、电流环的波形存在小幅振荡属于正常现象，如果希望波形更稳定，可以适当地调整PID系数以及增大滤波次数；2、滤波次数越多则系统的响应越慢，大家需要在系统的响应速度和稳定性之间寻找平衡点；3、PID系数并不是通用的，如果PID曲线不理想，大家需要根据自己的实际系统去调节。​