电机控制技能

概述

本技能为嵌入式系统提供用于控制直流电机、无刷直流电机、步进电机和交流感应电机的电机控制算法实现与驱动开发专业知识。

能力

PWM生成

中心对齐PWM配置
死区时间插入
互补输出设置
PWM频率选择
占空比调制
SVPWM（空间矢量脉宽调制）

控制算法

FOC（磁场定向控制）
标量V/f控制
六步换相
正弦换相
DTC（直接转矩控制）
模型预测控制

位置/速度反馈

编码器接口（正交）
霍尔传感器配置
旋转变压器接口
无传感器算法
反电动势过零检测
基于观测器的估算

电流采样

分流电阻配置
电流放大器设置
ADC与PWM同步
过采样策略
直流偏置补偿
相电流重构

控制环路

电流环（转矩控制）
速度环（速度控制）
位置环（伺服控制）
抗饱和策略
前馈补偿
增益调谐方法

电机辨识

参数测量
自动调谐程序
电阻/电感测量
反电动势常数
转动惯量估算

保护功能

过流保护
过压保护
过温监控
堵转检测
安全转矩关断（STO）

目标流程

device-driver-development.js - 电机驱动实现
real-time-architecture-design.js - 实时控制设计
isr-design.js - 控制环路中断服务程序设计

依赖项

电机控制库（ST MC SDK， TI MotorWare）
用于定点数学运算的DSP库
编码器/霍尔传感器硬件

使用场景

当任务需要以下内容时，可调用此技能：

电机驱动开发
FOC算法实现
位置/速度控制
电机参数调谐
保护电路设计

支持的电机类型

类型	控制方法	反馈
有刷直流	PWM占空比	编码器（可选）
无刷直流	六步换相， FOC	霍尔，编码器，无传感器
永磁同步电机	FOC	编码器，旋转变压器，无传感器
步进电机	步进/方向，微步进	开环，编码器
交流感应电机	V/f， FOC	编码器，无传感器

FOC实现示例

typedef struct {
    float i_alpha, i_beta;    // Clarke变换输出
    float i_d, i_q;           // Park变换输出
    float v_d, v_q;           // 电压指令
    float v_alpha, v_beta;    // 逆Park变换输出
    float theta;              // 转子角度
    float speed;              // 转子速度
} foc_state_t;

void foc_current_loop(foc_state_t* state, float i_a, float i_b, float i_c) {
    // Clarke变换
    clarke_transform(i_a, i_b, i_c, &state->i_alpha, &state->i_beta);

    // Park变换
    park_transform(state->i_alpha, state->i_beta, state->theta,
                   &state->i_d, &state->i_q);

    // PI控制器
    state->v_d = pi_controller(&pid_d, state->i_d_ref - state->i_d);
    state->v_q = pi_controller(&pid_q, state->i_q_ref - state->i_q);

    // 逆Park变换
    inv_park_transform(state->v_d, state->v_q, state->theta,
                       &state->v_alpha, &state->v_beta);

    // SVPWM
    svpwm_generate(state->v_alpha, state->v_beta, pwm_duties);
}

配置

motor_control:
  motor_type: bldc | pmsm | stepper | induction
  control_method: foc | six_step | vf | step_dir
  pwm_frequency: 20000  # Hz
  current_loop_rate: 20000  # Hz
  speed_loop_rate: 1000  # Hz
  feedback: encoder | hall | sensorless