# FOC

**Repository Path**: tom-embedded/foc

## Basic Information

- **Project Name**: FOC
- **Description**: FOC学习
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2026-09-21
- **Last Updated**: 2026-09-21

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# AT32-FOC 磁场定向控制固件

基于 AT32F403AVGT7 (Cortex-M4 240MHz) 的无传感器/磁编码器 FOC 电机驱动固件，使用 PlatformIO + arterytekat32 平台开发。

## 硬件平台

| 项目     | 规格                                                 |
| -------- | ---------------------------------------------------- |
| MCU      | AT32F403AVGT7 (240MHz ARM Cortex-M4)                 |
| 电机     | 7 对极 PMSM (BLDC)，表贴式永磁同步电机               |
| 编码器   | TLE5012B (15-bit 磁编码器，SPI4 通信)                |
| 电流采样 | 10mΩ 采样电阻 + 10× 运放 (偏置 1.65V，ADC 参考 3.3V) |
| 电流量纲 | ADC_SCALE ≈ 0.00806 A/count                          |
| 电机驱动 | TMR1 6 路互补 PWM，20kHz，死区 48T (400ns)           |
| 母线电压 | 7.4V (2S 锂电池)                                     |
| 调试接口 | CMSIS-DAP                                            |

## 目录结构

```
AT32-FOC/
├── include/          # 芯片头文件 (AT32F403A_407)
├── lib/
│   ├── ADC/          # ADC 初始化 (TMR1 CH4 硬件触发)
│   ├── BSP/          # 板级支持包 (LED/KEY/Delay)
│   ├── Encoder/      # TLE5012B 编码器驱动 (SPI4, 速度/角度计算)
│   ├── FOC/          # FOC 核心 (Clarke/Park/SVPWM/校准状态机)
│   ├── PID/          # PID/PI 控制器
│   └── TIM/          # 定时器 (TMR1 PWM + TMR7 系统时基)
├── src/
│   ├── config.h      # 全局结构体定义 + PID 调参 + 外设初始化
│   └── main.c        # 主入口 + ADC ISR
├── test/             # 测试记录 (PID 调参历史)
├── platformio.ini    # PlatformIO 构建配置
└── .clang-format     # 代码格式化规则
```

## 控制架构

```
┌───────────┐     ┌─────────────┐     ┌─────────────┐     ┌────────┐
│ speed_ref │────→│ 速度环 PID  │────→│ 电流环 PI   │────→│ SVPWM  │────→ 电机
│ (°/s)     │     │ @ 5kHz      │     │ @ 10kHz     │     │ 20kHz  │
└───────────┘     └──────┬──────┘     └──────┬──────┘     └────────┘
                         ↑                   ↑
                   编码器速度             ADC 电流
                   (10kHz)          (20kHz→10kHz 均值)
```

### 时序设计

| 事件                  | 频率  | 说明                        |
| --------------------- | ----- | --------------------------- |
| ADC 采样              | 20kHz | TMR1 CH4 触发，50µs 间隔    |
| 电流累加              | 20kHz | 每周期累加 Iα/Iβ            |
| 电流均值 + FOC 全链路 | 10kHz | 2 点均值滤波，消除 PWM 噪声 |
| 速度环 PID            | 5kHz  | Speed_Div_CNT 每 2 次触发   |
| 编码器 SPI 读取       | 10kHz | 与电流同步                  |
| 系统时基              | 1ms   | TMR7 定时器                 |

## 上电自动校准

上电后由三级状态机完成自动校准，无需手动操作：

```
MotorFlag 0 ──→ ADC 零偏校准 (250ms)
  │  EMA(α=0.5) 采集 5000 次，提取运放偏置电压
  │
  ▼
MotorFlag 1 ──→ 编码器 D 轴对齐 (~2s)
  │  注入 Vd 电压将转子锁定至 D 轴，记录 EncoderOffset
  │
  ▼
MotorFlag 2 ──→ 正常运行
    速度闭环 + 电流闭环 FOC 控制
```

## PID 参数 (当前)

| 参数            | 值           | 关系                        |
| --------------- | ------------ | --------------------------- |
| `SPEED_KP`      | `0.005`      | 速度环比例增益              |
| `SPEED_KI`      | `KP × 0.01`  | 积分 = KP/100               |
| `CURRENT_KP`    | `0.05`       | 电流环比例增益 (10× 速度环) |
| `CURRENT_KI`    | `KP × 0.1`   | 积分 = KP/10                |
| `SPEED_LIMIT`   | `8.0` (A)    | 速度环输出限幅              |
| `CURRENT_LIMIT` | `1.0` (标幺) | 电流环输出限幅              |

## 编码器滤波

TLE5012B 15-bit 编码器 @ 100µs 采样周期 → 速度量化噪声 ~110°/s。采用两级指数滤波：

```c
一阶 α = 0.28  (τ ≈ 307µs, fc ≈ 518Hz)
二阶 α = 0.12  (τ ≈ 783µs, fc ≈ 203Hz)
```

## 构建与烧录

```bash
# 编译
pio run

# 烧录 (CMSIS-DAP)
pio run -t upload

# 串口监视
pio device monitor -b 115200
```

## 关键设计决策

1. **电流环 Kp = 速度环 10×**: 内环带宽 >> 外环，避免相位滞后叠加
2. **校准中 cos_theta/sin_theta 手动设置**: case1 不执行 ParkTransform，须显式置 1/0 否则 SVPWM 零矢量
3. **EncoderOffset 单次记录**: 仅在 Vd 爬升稳定后才写入，防止漂移
4. **结构体 {0} 零初始化**: BSS 段自动归零，简洁且可靠

## 调参经验

- **低速卡顿**: 编码器量化噪声主导时，滤波与 PID 必须协同调整
  - 滤波过强 (α < 0.01) → 相位滞后 → 振荡
  - Kp 过高 → 噪声放大 → 抖动
  - 策略: α=0.15~0.3 / 0.02~0.12 + Kp≤0.005
- **电流声/电流过大**: 检查电流环时序，确保 `return` 退出的是中断而非仅内联函数
- 详细记录见 `test/README`
## 板载CMSIS-DAP固件上传策略
openocd -f interface/cmsis-dap.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "adapter speed 5000" -c "program Air32_CMISS-DAP_Firmware.hex verify reset exit"