矢量控制入门 如果你买了一堆学习资料，学习半年甚至更久了，还不会写FOC，那不妨看看这里。 首先声明，非开发版赠送的那类代码。 程序全自主编写，结构清晰严谨，代码工整清爽，无任何穴余代码，无封包库，无TI宏模块，不使用IQmath库，注释率高，学会后，移植方便。 另外，代码在产品上验证过，质量可靠 foc看着简单，但理论和实践的差距还是很大的，对于新手来说，系统的、手把手的指导非常重要，所以本人花了很多精力，从新手角度，编写了非常详细程序说明、foc调参步骤、调参过程中问题定位分析、每个模块理论分析到实验时的验证情况等资料，还设计了配套的上位机，可实现在线调整pid参数，在线查看电机各种波形的功能，非常有助于开发者直观了解参数对电机性能的影响。 侧重于程序架构与算法在实现时的原理及注意事项，讲解针对工业实现，而非通电看电机转一转的，目的是让大家通过这个程序的学习，基本可以亲自编写矢量控制程序，独立完成每个模块的实验验证，独立调整电流环、速度环、位置环参数，最终实现自己电机的最优运行。 介绍下程序：PMSM的3闭环FOC程序，位置传感器采用多对极旋变，基于F28335,采用串口和can通信，运行于ccs5及以上平台。 提供程序配套的驱动板和控制板原理图(AD格式）,要PCB文件的价格另议（均为4层板，量产方案）。 总结下清单： 1、程序源码一套； 2、上位机； 3、MATLAB仿真； 4、硬件原理图（AD格式）; 5、程序设计文档， 6、通信协议解读文档， 7、上位机操作指导文档， 8、FOC及SVPWM原理文档， 9、FOC调试步骤及实验指导文档， (赠送svpwm详细资料） 声明：程序中有CAN通信代码，新手可以不用理会，独立模块，只使用串口即可； 建议按以下流程进行学习，会的跳过即可。 学习流程： 1、先看《01手把手教你学FOC与SVPWM技术》，对FOC整个框架有一定了解，能看懂PMSM调速系统框图； 2、再看程序，参考《02代码流程解读》文档中的流程图，把代码中每个功能模块和PMSM调速系统的框架去对应， 切不可纠结个别寄存器怎么配置的，个别函数怎么实现的，只需要理解其作用和在调速系统中的地位即可； 3、代码框架熟悉后，着手针对每个模块，结合《02代码流程解读》，进行深入研究。 比如：PWM频率、互补波形、死区、中断机制、采样机制、速度解算、位置反馈解算、指令规划…… 同时理解，反馈回路的数据整个生命周期经过哪些环节了，指令数据经过哪些环节了…… 慢慢将程序的各个模块，串联起来理解。 4、接下来，就可以在原代码框架的基础上，根据自己的硬件，改代码了。 甚至于替换一些功能模块，实现别的控制方式，比如更换编码器类型，无位置控制等等。 5、代码部分完成后，根据《03矢量控制调试流程》，调试程序，先完成各模块配置验证、标校， 再逐步调节电流环、速度环、位置环的参数，完成实验，加深对FOC的理解。 调试过程中，参考《04上位机操作说明》使用上位机，将过程数据保存，然后用Matlab画图，通过分析数据， 比如超调量、上升时间等指标来评判系统。 串口发送数据有限，需要发别的数据的，可以参考《05串口通信协议解读》，简单改下即可。

永磁同步电机（PMSM）FOC 矢量控制软件

代码功能说明书（V1.0）

——基于 TMS320F28335 的“三闭环”全链路实现

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一、文档定位

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本文面向“要在真实硬件上跑通 FOC”的开发者，提供一份“从复位到转子转起来”的完整地图。

既讲清“每一行 C 代码到底在算什么”，也给出了“先调哪个模块、后调哪个模块、波形长什么样算过关”的实验级指引。

阅读前，请先行浏览《01 手把手教你学 FOC 与 SVPWM 技术》原理文档，对 Clark/Park/SVPWM 有概念即可。

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二、总体架构

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1. 硬件层
   TMS320F28335 + 三相逆变板（IR2136 驱动） + 相电流 Shunt 采样（双电阻） + 旋变 AD2S1210（14-bit） + RS422 上位机

1. 软件层
   主循环（1 ms 节拍）+ 单一中断（PWM1 下溢中断，125 µs）
   中断内按“时间片”完成 电流环(125 µs) → 速度环(1 ms) → 位置环(2 ms)
   通信层 1 ms 查询方式上行下发，协议帧头 AA/BB/55

1. 控制链
   位置 → 速度 → 电流 → SVPWM → 三相逆变 → 电机
   电流环最内环，带宽 800 Hz；速度环 100 Hz；位置环 50 Hz

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三、源码目录树（关键文件）

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FOC_PMSM/

├─ main.c // 主循环、状态机、上位机命令解析

├─ isr.c // EPWM1 中断服务函数，三闭环入口

├─ foc.c // Clark/Park/反 Park/SVPWM 核心算法

├─ pi.c // 通用 PI 控制器（带抗积分饱和）

├─ adc.c // 双通道电流 + 母线电压采样，偏置自校准

├─ resolver.c // AD2S1210 角度解算、电角度换算、零位补偿

├─ speed.c // 角度差分→转速 + 一阶低通滤波

├─ sci.c // 460 800 bps 全双工协议打包/解包

├─ pwm.c // 6 路 PWM 配置，死区 2 µs，AHC/ALC 模式

└─ parameter.h // 所有 PI 限幅、标幺基值、时间片宏

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四、标幺与单位系统

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物理量	基值选取	标幺值范围
电流	I_base = 25 A（电机峰值）	±1.0
电压	U_base = 28 V（母线）	0~1.0
速度	N_base = 3 000 rpm	±1.0
角度	2π rad	0~2π
PWM 占空比	周期寄存器 TBPRD = 9 375	0~9 375

所有 PI 运算在标幺域完成，输出再折算到寄存器值。

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五、中断时序图（125 µs 时间片）

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PWM1 下溢 →

① 采样 ADC（Iu, Iv, Udc） →

② 角度获取（resolver_getAngle） →

③ 电流标幺、Clark → Park →

④ 电流 PI（Id,Iq） → 反 Park → SVPWM →

⑤ 更新 CMPA/CMPB 寄存器 →

⑥ 速度/位置环计数器累加 →

⑦ 1 ms/2 ms 标志位置位 → 退出中断

worst-case 实测 92 µs（CPU 73 % 负载）

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六、关键模块分述

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6.1 相电流采样

• 双 Shunt 电阻 10 mΩ，放大 20 倍，ADC 12-bit，零偏 2048 LSB
• 上电自动校准：200 次平均→保存 Iuoffset、Ivoffset
• 第三相 Iw = –(Iu+Iv) 软件重构，节省一路 ADC
• 一阶 IIR 滤波 fc = 2 kHz，消除 MOS 开关毛刺

6.2 角度与转速

• 旋变 12 位无符号 → 机械角 0~2π
• 电机极对数 5，旋变极对数 1 → 电角度 = 5 × 机械角 + zeroOffset
• zeroOffset 校准办法：开环给定 Vd = 0.1 pu，Vq = 0，角度自增，待转子锁轴后读取电角度，取反即为补偿值
• 转速计算：Δθ/Δt，每 1 ms 计算一次，32768 边界跳变自动处理

6.3 电流环 PI

• 离散型：u[k] = u[k-1] + Kp·(e[k]-e[k-1]) + Ki·e[k]
• 积分分离：|e| > 0.2 pu 时 Ki = 0，抑制大阶跃超调
• 输出限幅 ±0.95 pu，防止过调制
• 带宽整定：Kp = Ls·ωc / Ubase，Ki = Rs·ωc / Ubase
  实验结果：Kp = 15，Ki = 0.4，阶跃 2.5 A 上升时间 5 ms，超调 < 5 %

6.4 速度环 PI

• 带宽 1/10 电流环，Kp = 0.23，Ki = 0.001
• 加速度前馈 Acc = 0.03 pu，减小启动滞后
• 输出限幅 0.22 pu（≈ 5.5 A），保护电机与驱动

6.5 SVPWM 实现

• 输入：Uα、Uβ（已标幺）
• 扇区判断→作用时间 T1/T2→七段式对称调制→CMP 值直接写入
• 自动插入零矢量 000/111，降低开关损耗
• 寄存器级联：ePWM1 主时基，ePWM2/3 同步，保证三相同一时刻更新

6.6 故障保护（在中断内 5 µs 内完成）

• 硬件过流：CBC（Cycle-by-Cycle）限流，TZ1/TZ2 触发，PWM 立即高阻
• 软件过流：I_inst > 1.2 pu，连续 3 次才关管，防止误触发
• 母线过压/欠压：Udc > 30 V 或 < 20 V，停机并上报 0x02/0x03 故障码
• 通信失联：500 ms 未收到正确帧，自动停机

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七、状态机与上位机命令

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主循环状态机：

IDLE → ENABLE → RUN → FAULT → IDLE

仅 RUN 态中断才使能 PWM；任何故障立即进入 FAULT，PWM 高阻。

上位机帧格式（14 B，1 ms 周期）

矢量控制入门 如果你买了一堆学习资料，学习半年甚至更久了，还不会写FOC，那不妨看看这里。 首先声明，非开发版赠送的那类代码。 程序全自主编写，结构清晰严谨，代码工整清爽，无任何穴余代码，无封包库，无TI宏模块，不使用IQmath库，注释率高，学会后，移植方便。 另外，代码在产品上验证过，质量可靠 foc看着简单，但理论和实践的差距还是很大的，对于新手来说，系统的、手把手的指导非常重要，所以本人花了很多精力，从新手角度，编写了非常详细程序说明、foc调参步骤、调参过程中问题定位分析、每个模块理论分析到实验时的验证情况等资料，还设计了配套的上位机，可实现在线调整pid参数，在线查看电机各种波形的功能，非常有助于开发者直观了解参数对电机性能的影响。 侧重于程序架构与算法在实现时的原理及注意事项，讲解针对工业实现，而非通电看电机转一转的，目的是让大家通过这个程序的学习，基本可以亲自编写矢量控制程序，独立完成每个模块的实验验证，独立调整电流环、速度环、位置环参数，最终实现自己电机的最优运行。 介绍下程序：PMSM的3闭环FOC程序，位置传感器采用多对极旋变，基于F28335,采用串口和can通信，运行于ccs5及以上平台。 提供程序配套的驱动板和控制板原理图(AD格式）,要PCB文件的价格另议（均为4层板，量产方案）。 总结下清单： 1、程序源码一套； 2、上位机； 3、MATLAB仿真； 4、硬件原理图（AD格式）; 5、程序设计文档， 6、通信协议解读文档， 7、上位机操作指导文档， 8、FOC及SVPWM原理文档， 9、FOC调试步骤及实验指导文档， (赠送svpwm详细资料） 声明：程序中有CAN通信代码，新手可以不用理会，独立模块，只使用串口即可； 建议按以下流程进行学习，会的跳过即可。 学习流程： 1、先看《01手把手教你学FOC与SVPWM技术》，对FOC整个框架有一定了解，能看懂PMSM调速系统框图； 2、再看程序，参考《02代码流程解读》文档中的流程图，把代码中每个功能模块和PMSM调速系统的框架去对应， 切不可纠结个别寄存器怎么配置的，个别函数怎么实现的，只需要理解其作用和在调速系统中的地位即可； 3、代码框架熟悉后，着手针对每个模块，结合《02代码流程解读》，进行深入研究。 比如：PWM频率、互补波形、死区、中断机制、采样机制、速度解算、位置反馈解算、指令规划…… 同时理解，反馈回路的数据整个生命周期经过哪些环节了，指令数据经过哪些环节了…… 慢慢将程序的各个模块，串联起来理解。 4、接下来，就可以在原代码框架的基础上，根据自己的硬件，改代码了。 甚至于替换一些功能模块，实现别的控制方式，比如更换编码器类型，无位置控制等等。 5、代码部分完成后，根据《03矢量控制调试流程》，调试程序，先完成各模块配置验证、标校， 再逐步调节电流环、速度环、位置环的参数，完成实验，加深对FOC的理解。 调试过程中，参考《04上位机操作说明》使用上位机，将过程数据保存，然后用Matlab画图，通过分析数据， 比如超调量、上升时间等指标来评判系统。 串口发送数据有限，需要发别的数据的，可以参考《05串口通信协议解读》，简单改下即可。

[Head|Cmd|Data0 3B|Data1 3B|Data2 3B|Chk]

Head = 0xAA/0x55/0xBB

Cmd：0 电流环，1 速度环，2 位置环，3 停机，4 调参

Data1 为标幺指令，Data0/2/3 任意观测点（角度、转速、Iq、占空比等）

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八、初次上电调试流程（Step-by-Step）

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Step 0 接线检查

母线 28 V，相线、旋变、串口线正确；示波器探头差分测量 U、V、W

Step 1 裸 PWM 验证

断开电机，占空比 0 %/50 %/97 %，万用表量输出 ≈ 0/14/27 V

示波器看互补波形，死区 2 µs，无直通

Step 2 电流零点校准

电机不转，连续采样 1 s，Iu/Iv 波动 < ±3 LSB（≈ 0.01 pu）

Step 3 角度验证

手转转子，上位机“角度”条 0~6.28 连续，无 2π 跳变；zeroOffset 记录

Step 4 开环强拖

Vd = 0，Vq = 0.1 pu，角度自增 0.5 Hz，电机应缓慢正转；反转同理

母线电流 < 0.3 A，无剧烈抖动→证明硬件、角度、相序正确

Step 5 电流环闭环

给定 Iqref = 0.1 pu（2.5 A），Idref = 0

示波器看相电流正弦，THD < 5 %；阶跃响应 5 ms 内进入 ±5 % 误差带

记录 PI 参数（Kp=15, Ki=0.4）

Step 6 速度环闭环

速度指令 60 rpm → 实际 60 ±2 rpm，上升时间 < 100 ms

正反转对称，母线电流差 < 5 %

Step 7 位置环（可选）

给定 1 圈，定位误差 < 0.05 rad（≈ 3°），无抖动

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九、常见异常与排查

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现象 1：电机高频啸叫

→ 电流采样毛刺大，检查 Shunt 走线 Kelvin 接法；提高 ADC 采样点与 PWM 中心对齐

现象 2：零速抖动

→ 速度滤波截止频率太低，或电流环 Ki 过大；先降 Ki，再适当加 1~2 ms 速度平滑

现象 3：正反转电流不对称

→ 检查 zeroOffset 补偿方向；确认旋变励磁/反馈线序；查看 SVPWM 扇区时间是否饱和

现象 4：上位机无数据

→ 串口共地；确认 DSP 端 SCI FIFO 深度=1；帧头用 0x55 测试最简单

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十、性能基准（实测）

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• 空载 0→3 000 rpm 加速时间 180 ms，电流峰值 8 A
• 额定负载 1 Nm，稳速误差 < ±2 rpm
• 电流环带宽 800 Hz，相位裕度 55°
• 母线电压 28 V 时，系统效率 88 %（含驱动板损耗）

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十一、如何从本代码继续迭代

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1. 弱磁控制：在 Id 环增加负向前馈，电压闭环输出 Id_ref
2. 无感 FOC：用滑模观测器或 PLL 估算角度，替换 resolver.c
3. 伺服脉冲/方向接口：把位置环入口改为外部脉冲计数
4. 双电机并联：中断里再复制一套结构体，用同一颗 28335 双通道控制
5. 功能安全：加入 CRC 校验、冗余采样、PWM 自检、STO（Safe Torque Off）

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十二、结语

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整套代码把“学术级 FOC”拆成了“工程级积木”：

ADC→Clark→Park→PI→反 Park→SVPWM→PWM，每一步都对应一个 C 函数、一个标幺单位、一个示波器测试点。

只要按本文的时序图和调试流程，逐段验证波形，就能在 1~2 天内把电机转起来，并拿到一套可量产的 PI 参数。

后续无论想增加弱磁、无感还是功能安全，都只需替换/扩展相应“积木”，无需推翻重来。祝调试顺利，转子早日“丝般顺滑”地转起来！