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本次實(shí)戰(zhàn)問答只討論同步電機(jī)，不對(duì)步進(jìn)電機(jī)做特別的討論，希望有助于大家進(jìn)行電機(jī)開發(fā)或者是電機(jī)應(yīng)用。

Q1：STM32關(guān)于FOC控制或者在永磁同步電機(jī)上有哪些可用的庫和工具，有沒有關(guān)于弱磁

MTPV等算法的文檔或者學(xué)習(xí)工具，或者是開發(fā)套件？

A1：今年ST推出FOCSDK 5.2版本，可以在ST官網(wǎng)上直接下載這個(gè)庫。關(guān)于算法，請(qǐng)參考培

訓(xùn)文檔（www.stmcu.com.cn “設(shè)計(jì)資源”中查找），原理請(qǐng)看UM1052。請(qǐng)大家充分

利用stmcu.com.cn，可自助解決MCU及相關(guān)應(yīng)用難點(diǎn)，網(wǎng)站上的資源包括培訓(xùn)課件，

實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)等。

Q2：在電機(jī)控制中，F407系列MCU有沒有方法可以在線修改參數(shù)？不用每次都編譯，不然調(diào)

PI很麻煩。

A2：在線修改可以使用RAM方式修改，如果您用的是自己程序，可以考慮仿真器或串口方式

修改定義好的變量數(shù)據(jù)，當(dāng)調(diào)試好參數(shù)后回寫到Flash中固化參數(shù)；如果使用

Workbench，可以在workbench調(diào)試界面上上修改相應(yīng)參數(shù)，同樣這個(gè)是修改RAM，

調(diào)試好后再回寫入Flash中。這樣就不需要每次都進(jìn)行編譯，浪費(fèi)很多時(shí)間在編譯上面。

Q3：伺服電機(jī)的分類，以及有主流的控制方法及使用方法？

A3：伺服電機(jī)大體可分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。控制方法如果采用矢量控制，當(dāng)前

主要有DTC控制和FOC控制。

Q4：自主搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軟硬件如何設(shè)置？F030系列如何做FOC？

A4：實(shí)際上您自主搭建的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的硬件，可以與MCSDK workbench匹配使用，注意參數(shù)

配置。Workbench就是為大家提供配置的便利，包括板子參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、控制策略等

等，都可以做直接配置。F030是支持FOC的。

Q5：電機(jī)的參數(shù)（電感，電阻）對(duì)位置估算的結(jié)果影響多大？為什么我用錯(cuò)誤的電感和電阻

值電機(jī)也能轉(zhuǎn)，而且位置輸出沒發(fā)現(xiàn)異常？

A5：電機(jī)的參數(shù)對(duì)位置估算的結(jié)果是有影響的，即會(huì)影響無傳感觀測(cè)器參數(shù)，也會(huì)影響電流

環(huán)PID的設(shè)定，還很可能影響電流穩(wěn)定度等；當(dāng)然在觀測(cè)技術(shù)是上有一定閾值調(diào)整。有些

參數(shù)稍微調(diào)整也可以運(yùn)行，但是最好能夠使用正確的電感電阻值。

Q6：永磁同步和BLDC應(yīng)用領(lǐng)域的區(qū)別？BLDC如何正確的檢測(cè)換向點(diǎn)？BLDC與PMSM的轉(zhuǎn)

矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因分別是什么？如何減小這一現(xiàn)象對(duì)精度和穩(wěn)定性的影響呢？如何計(jì)算

BLDC與PMSM的效率差別呢？

A6：永磁同步和BLDC可以看成是同一種電機(jī)，只是叫法不同而已。如果BLDC矢量控制無過

零點(diǎn)檢測(cè)，六步方波控制方法需要檢測(cè)過零點(diǎn)。如果是FOC，可以利用觀測(cè)器的方式來

觀測(cè)出你現(xiàn)在的一個(gè)轉(zhuǎn)阻位置。

這兩個(gè)電機(jī)實(shí)際相同，只是電機(jī)工藝做法差異所導(dǎo)致的，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和控制方法有關(guān)。

Q7：開環(huán)運(yùn)行到閉環(huán)運(yùn)行需要哪些步驟，有哪些注意事項(xiàng)？

A7：大致步驟是定位，開環(huán)，閉環(huán)；需要注意設(shè)定開環(huán)速度以及驅(qū)動(dòng)電流，還有設(shè)定最小切

入速度，一般在額定速度的10%以上。

Q8：這個(gè)電機(jī)庫支持高頻注入算法嗎？效果如何？

A8：目前FOC 5.0不支持高頻注入算法，以前的4.3版本是支持的。后續(xù)這個(gè)算法會(huì)加進(jìn)來。

Q9：如何使用開源或免費(fèi)的編譯器進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)？有無相關(guān)例程？

A9：參考培訓(xùn)文檔，可以在http://www.stmcu.com.cn上下載。參考例程在Cube庫和標(biāo)

準(zhǔn)庫里都有。

Q10：凸極BLDC想要從任意位置平穩(wěn)啟動(dòng)無反轉(zhuǎn)，有什么好的策略可以使用？高頻注入利用

凸極性，對(duì)于隱極BLDC，有沒有好的評(píng)估轉(zhuǎn)子位置的方案，希望啟動(dòng)無抖動(dòng)無反轉(zhuǎn)噪

音低。

A10：這個(gè)問題涉及當(dāng)前最熱門且研究最多的無傳感的部分。無傳感策略，ST有兩種方式：一

是觀測(cè)器的方式，由開環(huán)轉(zhuǎn)閉環(huán)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)有一些抖動(dòng)，或者是一些反轉(zhuǎn)，因?yàn)橐鲆?/p>

次定位；如果無反轉(zhuǎn)，是在靜止的時(shí)候，抓到轉(zhuǎn)子的位置，采用無傳感方式，ST采用高

頻注入加觀測(cè)器方式來實(shí)現(xiàn)。高頻注入，目前市場(chǎng)有非常多開發(fā)好的算法。各有特長，

好的算法要靠時(shí)間或者是精力來實(shí)現(xiàn)，基本可以實(shí)現(xiàn)無抖動(dòng)，無反轉(zhuǎn)。

Q11：5.0的庫相對(duì)于之前的庫新增哪些特性？二次開發(fā)需要考慮哪些設(shè)想？

A11：5.0庫是針對(duì)前一代有結(jié)構(gòu)上的變化，ST的開發(fā)力度歷來是非常大的，如果客戶二次開

發(fā)，可以在它的庫基礎(chǔ)上，非常便利地實(shí)現(xiàn)自己的一些想法，可以進(jìn)行一些庫的修改代

碼。也可以直接用接口代碼，調(diào)用API的方式，針對(duì)簡單應(yīng)用足夠了。

Q12：BLDC最低電壓能做到幾伏，低電壓的轉(zhuǎn)速可以做的很高嗎？BLDC用在吸塵器上是要做

恒功率還是其他？

A12：BLDC有些可以低到5V，當(dāng)然最低電壓需要和電機(jī)廠商聯(lián)系，轉(zhuǎn)速部分與電機(jī)本體相

關(guān)；恒轉(zhuǎn)速和恒功率都可以實(shí)現(xiàn)。

Q13：請(qǐng)問交軸直軸怎么理解，同樣是電流產(chǎn)生的力矩和磁通怎么實(shí)現(xiàn)分別控制的？被控量只

有一個(gè)電流，是怎么實(shí)現(xiàn)力矩，磁通解耦合控制的？

A13：直軸可理解為永磁體磁場(chǎng)方向。交軸垂直于永磁體磁場(chǎng)方向的軸，即垂直于直軸，它是

一個(gè)動(dòng)軸。直軸電流是用于疊合磁場(chǎng)，交軸電流相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)量，當(dāng)旋轉(zhuǎn)量持續(xù)為90

度時(shí)，這時(shí)候力是最大的。電流解耦合后有兩個(gè)量，id，iq，分別控制這兩個(gè)量

Q14：ST是否有方波切正弦的啟動(dòng)方案，可直接重載啟動(dòng)？

A14：已有客戶在ST的電機(jī)庫上實(shí)現(xiàn)。方波切正弦，切起來應(yīng)該問題不是很大，這是一個(gè)通用

方式。

Q15：在FOC控制方面，STM32有哪些庫與工具讓初學(xué)者快速入門，STM32對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算怎

么處理的？

A15：F0、F1產(chǎn)品系列，即M0、M3核上面沒有這種浮點(diǎn)處理單元。F3、F4這類高端MCU的

平臺(tái)上，有浮點(diǎn)算法。所以可以直接在F3、F4等高端MCU上直接使用浮點(diǎn)運(yùn)算。在電

機(jī)庫里你會(huì)發(fā)現(xiàn)，除高頻注入以外的基礎(chǔ)控制算法，都是以定點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)。所以可以

兼容從F0到F7、H7等產(chǎn)品系列。

Q16：電機(jī)電流如何判定是否堵轉(zhuǎn)？

A16：最直接的方法就是電機(jī)沒有速度了，或者低速震蕩、并且電流很大的情況下，就判斷為

堵轉(zhuǎn)。在ST的FOC電機(jī)庫里，有兩種方式來提供這個(gè)判斷：一是所謂的速度（時(shí)速），

沒有任何速度的時(shí)候，就判斷為堵轉(zhuǎn)；二是在無傳感方面，如果正弦震蕩，可檢查是否

有反電動(dòng)勢(shì)，不轉(zhuǎn)的時(shí)候，反電動(dòng)勢(shì)就沒有了，這樣可以從另外一個(gè)角度檢測(cè)堵轉(zhuǎn)。

Q17：加位置環(huán)應(yīng)該怎么來添加？項(xiàng)目開發(fā)需要三個(gè)環(huán)同時(shí)工作，位置環(huán)電流環(huán)和速度環(huán)，有

編碼器，定位剛性能保證嗎？

A17：通常在做過程震蕩，一般是兩個(gè)環(huán)路比較好控制，比如說的力矩環(huán)+速度環(huán)，或者力矩

環(huán)+位置環(huán)，這種方式比較好。如果三環(huán)在一起，會(huì)有很多變量是糾結(jié)在一起，不方便

開發(fā)。

Q18：相對(duì)于傳統(tǒng)DSP、FPGA等手段，STM32在控制電機(jī)方面的優(yōu)勢(shì)是什么？

A18：從字面上理解，傳統(tǒng)的DSP就是數(shù)字信號(hào)處理，FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。FPGA非常

好，基本可實(shí)現(xiàn)所有的數(shù)字控制，但其開發(fā)有一定門檻，在電路設(shè)計(jì)不夠好時(shí)，可能會(huì)

存在一些風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該說，有些SOC是在FPGA的仿真驗(yàn)證之后，才重新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。傳

統(tǒng)DSP的設(shè)計(jì)初衷是為了數(shù)字運(yùn)算，具有較快的數(shù)字運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理性能。當(dāng)然，現(xiàn)在

DSP和MCU實(shí)際上有些相近，沒有特別分明的界限，它既可做數(shù)據(jù)處理也可實(shí)現(xiàn)一些

控制功能。但性價(jià)比是客戶考量點(diǎn)，有賴于客戶的評(píng)估。當(dāng)前ST的部分芯片性能已經(jīng)非

常高了，比如低端伺服已經(jīng)不用FPGA，換成高性能ST芯片；隨著芯片工藝提高，干擾

性對(duì)客戶硬件處理要求也提高。

Q19：BLDC啟動(dòng)過程怎么調(diào)節(jié)？

A19：無傳感的是開環(huán)啟動(dòng)，定位后V/F啟動(dòng)，電流閉環(huán)，速度開環(huán)整個(gè)一個(gè)過程。

Q20：弱磁原理是什么？

A20：簡單說就是Id需要被控制，通常情況是ID等于0的控制。現(xiàn)在要作為一個(gè)ID控制，進(jìn)行

一些弱磁的配比，可根據(jù)電壓方程來做。請(qǐng)?jiān)L問官網(wǎng)http://stmcu.com.cn上的培訓(xùn)文檔，有

各種公式可以算出來，較為詳細(xì)。

Q21：STM32應(yīng)用于電機(jī)控制器，除了開發(fā)流程更快一些之外，還有其他的優(yōu)勢(shì)嗎？成本？

維護(hù)？二次開發(fā)？

A21：STM32芯片性價(jià)比非常高，資源非常豐富，產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)非常強(qiáng)大。用戶可以在很

多途徑上得到ST的特別多的生態(tài)系統(tǒng)支持，不僅僅是芯片文檔，還有多種路徑的技術(shù)支

持幫助用戶解決問題。STM32生態(tài)系統(tǒng)非常到位，這一點(diǎn)是眾所周知的。

Q22：有霍爾無刷電機(jī)換相時(shí)脈動(dòng)，導(dǎo)致噪音，如何有效去除？STM32單片機(jī)6路PWM和

IR2136連接，中間需要加小電阻嗎？

A22：如果MCU直接接驅(qū)動(dòng)橋，需要加一個(gè)小電阻，一是防止干擾，二來保護(hù)芯片。如果采

用方波控制，即有傳感的方式，需要進(jìn)行電流補(bǔ)償；如果是FOC，需要做電角度修正，

因?yàn)镕OC在霍爾信號(hào)這個(gè)邊緣要做一次同步，同步的準(zhǔn)確度與否或者是這個(gè)突然同步的

過程中會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，這是要做一定的補(bǔ)償?shù)摹?/p>

Q23：我發(fā)現(xiàn)很多書上關(guān)于電磁轉(zhuǎn)矩的解釋不合理，能基于原理實(shí)際分析一下電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的

原理嗎？

A23：實(shí)際就是內(nèi)外磁場(chǎng)（定子、轉(zhuǎn)子）的叉乘帶來電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)兩路的磁場(chǎng)方向不一樣時(shí)，

之間的有一定夾角，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩。

Q24：請(qǐng)講解弱磁控制、前饋控制的代碼函數(shù)講解和應(yīng)用，不同內(nèi)核芯片的代碼移植？

A24：電機(jī)算法實(shí)際上獨(dú)立于芯片而存在的，如果你熟悉一種算法，可以用到很多的MCU或

者芯片上去。弱磁控制實(shí)際上根據(jù)電壓方程來做的；前饋控制是兩軸之間，電可轉(zhuǎn)磁，

磁可以轉(zhuǎn)電，兩者之間的耦合性帶來了前饋控制。

Q25：如何解決電機(jī)對(duì)電路的干擾問題？

A25：電機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)有講究；轉(zhuǎn)速快速的話可以考慮加入PID中的微分量，同時(shí)注意反

充電保護(hù)。電機(jī)控制實(shí)際上是軟硬件的結(jié)合。

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總結(jié)

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