G431FOC

STM32G431CBT6 PMSM 永磁同步电机 FOC 驱动工程

基于 STM32G431CBT6 实现永磁同步电机的磁场定向控制（FOC）：MT6701 磁编码器（SPI + DMA）、两相低侧电流采样与零偏校准、Clarke/Park 变换、SVPWM、互补 PWM、电流/速度/位置三环串级控制，以及简化 MIT 阻抗控制。

控制算法代码为独立实现，底层 HAL/CMSIS-DSP 使用 ST/ARM 官方库。

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效果展示

电流环 Iq/Id 跟踪

位置 / 速度 / 电流三环跟踪

ADC / SPI 时序修复前后

速度纹波与磁铁偏心优化

电流环饱和与抗饱和

硬件与运行

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硬件

项目	型号/参数
MCU	STM32G431CBT6, 170 MHz
编码器	MT6701：电机端 SPI3，减速器端 SPI1
电流采样	INA240A1PWR（20 V/V），两相低侧采样
采样电阻	5 mΩ
栅极驱动	FD6288Q
功率管	WSD4070DN

控制环

环路	频率
电流环	20 kHz
速度 / MIT 环	1 kHz
位置环	100 Hz

ADC 注入组由中心对齐 PWM 触发。中心对齐模式下每个 PWM 周期会产生两次更新事件，软件只接受其中一个 TIM 计数方向，因此有效电流环为 20 kHz，而 ADC 原始回调约为 40 kHz。

工程结构

Core/         应用初始化、中断服务、HAL 配置
HARDWARE/     FOC 应用模块
Drivers/      ST HAL 与 CMSIS
Middlewares/  ARM CMSIS-DSP
MDK-ARM/      Keil 工程
media/        波形、照片与演示视频
G431FOC.ioc   STM32CubeMX 配置

核心模块

文件	职责
HARDWARE/angle_encoder.c	MT6701 SPI+DMA、跨圈累计、电角度
HARDWARE/current_sense.c	注入 ADC、零偏校准、Clarke/Park、电流环
HARDWARE/svpwm_driver.c	SVPWM 合成与 TIM1 通道映射
HARDWARE/pid_regulator.c	位置式 PID 与 MIT/PD 控制器
HARDWARE/motor_controller.c	1 kHz 速度 / MIT / 位置调度
HARDWARE/foc_app.c	初始化、开环对齐、测试目标、遥测
HARDWARE/telemetry.c	VOFA+ JustFloat 输出

构建

使用 Keil 打开：

MDK-ARM/G431FOC.uvprojx

或用 STM32CubeMX 打开 G431FOC.ioc 查看外设配置。

测试模式

通过修改 HARDWARE/foc_app.c 中的 FOC_APP_MODE 选择测试目标：

FOC_MODE_CURRENT                    // Iq 阶跃跟踪
FOC_MODE_SPEED_CURRENT              // 速度-电流串环，正弦目标
FOC_MODE_POSITION_SPEED_CURRENT     // 位置-速度-电流三环
FOC_MODE_MIT                        // 简化 MIT 阻抗控制

电机驱动固件。上电前请确认电源、相序、电流上限、编码器方向与机械固定。