19. ST FOC MC SDK5.x电机控制软件框架

随着直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）在诸多领域有着广泛应用，并且用量也在逐步增长， 电机的驱动和控制技术做为核心部分直接影响到产品性能；控制技术之一的FOC控制技术 （磁场定向控制技术）有其众多的优势，ST在其STM32部分系列产品上已经实现FOC控制技术； 本章节将介绍ST电机控制软件控制库框架。

19.1. 总体软件架构

MC SDK5.x 包含有芯片外设库、电机库和电机应用层三个主要部分，其中芯片外设库使用 ST HAL/LL 库，可被各个层级调用； 电机库则是主要的电机FOC控制层；最上层为电机应用层，供用户直接使用电机库，而不去关心底层如何实现的，加快用户 程序开发；另外 MC SDK5.x 还提供 UI 库，用于界面调试通讯使用，比如和 Workbench 之间的交互就是通过 UI 库实现； 这边强调的一点是电机库是综合体，包含 FOC 算法，单片机外设配置，中断机制等各个环节， 简单控制可能只需要关心电机 应用层即可，如果复杂控制将涉及到整体操作；

MC SDK5.x固件结构图

在 SDK 使用过程中，电机本体，电机控制硬件板，控制管脚，控制策略在 MC workbench 中配置完成，顺序为 MC Workbench→CubeMx工程→电机库代码（芯片外设库+电机控制库+电机驾驶舱+用户界面库+系统初始化），该生成 代码加入简单API后（比如 MC_StartMotor1）可以直接运行对应电机，当需要细化控制或者复杂控制时才有可能涉及到修改电机控制库中的代码。

19.2. 电机控制库文件

在简单的电机控制应用中通常不需要修改这部分代码，如果在Application MC API层不能满足应用需求时才会需要修改这部分代码， 在修改前需要对电机运行框架非常熟悉的情况下再来修改。

电机控制库文件

源文件

说明

bus_voltage_sensor.c

总线电压

circle_limitation.c

电压极限限制

enc_align_ctrl.c

编码器初始定位控制

encoder_speed_pos_fdbk.c

编码器传感器相关

fast_div.c

快速软件除法

hall_speed_pos_fdbk.c

Hall 传感器相关

inrush_current_limiter.c

浪涌电流限制

mc_math.c

数学计算

mc_interface.c

马达控制底层接口

motor_power_measurement.c

平均功率计算

ntc_temperature_sensor.c

NTC 温度传感

open_loop.c

开环控制

pid_regulator.c

PID 环路控制

pqd_motor_power_measurement.c

功率计算

pwm_common.c

TIMER 同步使能

pwm_curr_fdbk.c

SVPWM， ADC 设定相关接口

r_divider_bus_voltage_sensor.c

实际总线电压采集

virtual_bus_voltage_sensor.c

虚拟总线电压

ramp_ext_mngr.c

无传感开环转闭环控制

speed_pos_fdbk.c

速度传感接口

speed_torq_ctrl.c

速度力矩控制

state_machine.c

电机状态相关

virtual_speed_sensor.c

无传感开环运行相关

以下部分在工程中只会存在其中一个文件

-

ics_f4xx_pwm_curr_fdbk.c

STM32F4 的 ICS 采样

r1_f4xx_pwm_curr_fdbk.c

STM32F4 的单电阻采样

r3_1_f4xx_pwm_curr_fdbk.c

STM32F4 的三电阻采样（1 个 ADC）

r3_2_f4xx_pwm_curr_fdbk.c

STM32F4 的三电阻采样（2 个 ADC）

19.3. 电机控制API

在mc_api.c中有各种可以供用户使用的API接口，对于普通的电机控制用户可以不用关心底层的实现， 只需要使用这些API就可完成电机控制，电机库可以支持两个电机， 在函数中使用后缀Motor1和Motor2来区分是电机1还是电机2。 这里以控制电机1为例来说明个API接口的含义，电机2的控制类似。

电机控制API说明

函数名称

函数形参

函数返回值

函数功能

MC_StartMotor1

void

bool

启动电机

MC_StopMotor1

void

bool

停止电机

MC_ProgramSpeedRampMotor1

hFinalSpeed、hDurationms

void

设定目标速度以及持续时间

MC_ProgramTorqueRampMotor1

hFinalTorque、hDurationms

void

设定目标力矩以及持续时间

MC_SetCurrentReferenceMotor1

Iqdref

void

设定 Iq， Id 参考

MC_GetCommandStateMotor1

void

MCI_Command State_t

返回指令执行状态

MC_StopSpeedRampMotor1

void

bool

停止速度指令执行,速度指令保存为执行停止前速度指令

MC_StopRampMotor1

void

void

停止执行电机正在运行的斜坡

MC_HasRampCompletedMotor1

void

bool

指令是否执行完成

MC_GetMecSpeedReferenceMotor1

void

int16_t

返回机械参考速度

MC_GetMecSpeedAverageMotor1

void

int16_t

返回平均机械速度

MC_GetLastRampFinalSpeedMotor1

void

int16_t

返回上次指令速度

MC_GetControlModeMotor1

void

STC_Modality_t

返回控制模式

MC_GetImposedDirectionMotor1

void

int16_t

返回电机转动方向

MC_GetSpeedSensorReliabilityMotor1

void

bool

返回当前速度传感器可信度

MC_GetPhaseCurrentAmplitudeMotor1

void

int16_t

返回电流值

MC_GetPhaseVoltageAmplitudeMotor1

void

int16_t

返回电压值

MC_GetIabMotor1

void

ab_t

返回 a， b 相电流

MC_GetIalphabetaMotor1

void

alphabeta_t

返回 clark 变换后的 Iα，Iβ

MC_GetIqdMotor1

void

qd_t

返回 park 变换后的 Id， Iq

MC_GetIqdrefMotor1

void

qd_t

返回 Id， Iq 参考

MC_GetVqdMotor1

void

qd_t

返回变换电压量 Vd， Vq

MC_GetValphabetaMotor1

void

alphabeta_t

返回变换电压量 Vα， Vβ

MC_GetElAngledppMotor1

void

int16_t

返回电角度 DPP 数据

MC_GetTerefMotor1

void

int16_t

返回电流参考

MC_SetIdrefMotor1

hNewIdref

void

设定电流 Id 参考

MC_Clear_IqdrefMotor1

void

void

Iq，Id 数据回到默认值

MC_AcknowledgeFaultMotor1

void

bool

清除异常状态

MC_GetOccurredFaultsMotor1

void

uint16_t

得到发生了的故障状态

MC_GetCurrentFaultsMotor1

void

uint16_t

得到当前的故障状态

MC_GetSTMStateMotor1

void

State_t

得到电机状态

上面表格中只是简单的函数功能说明，更加详细的说明请参考函数源码或函数源码前的注释。

19.4. 软件执行流程

电机控制流程图如下图所示，其中电机的控制都在中断中执行；

MC SDK5.x软件执行流程图