《DMF407电机控制专题教程_V1.0》第26章

正点原子

1)实验平台:正点原子DMF407电机开发板
2)平台购买地址: https://detail.tmall.com/item.htm?&id=677230699323
3)全套实验源码+手册+视频下载地址: http://www.openedv.com/docs/boards/stm32dj/ATK-DMF407.html
4)对正点原子电机开发板感兴趣的同学可以加群讨论: 592929122

第26章 无刷电机无感方波闭环控制

前面我们已经学会了无感方波的基本控制，本章将使用PID来实现无刷电机无感控制的速度闭环控制和速度+电流双闭环控制。
本章分为如下几个小节：
26.1 无感速度闭环控制
26.2 无感速度&电流双闭环控制


26.1 无感速度闭环控制
        要实现速度闭环，首先需要先了解下无刷无感驱动的测速原理，这样才可以知道当前转速是否符合我们的设定值。
26.1.1 无刷无感测速原理
        无感测速原理与有感类似，有感通过霍尔信号测速，无感通过过零信号测速，两者输出的波形一致。当转子只有一对级时，电机旋转一圈，每一相都会出现两次过零点，只需检测其中一相过零信号高电平持续时间，即可求出旋转一圈所需时间。详情可以回顾下24.1.1小节。
26.1.2 硬件设计
1、例程功能
本实验以电机开发板的直流有刷/无刷电机驱动接口1为例。
当按键0按下，就增大目标速度值；当按键1按下，就减小目标速度值。目标速度的绝对值大小决定电机的速度，它的正负决定电机的正反转方向。按下按键2则马上停止电机。
屏幕显示按键功能、占空比、目标转速以及实际转速以及显示无刷电机电压、电流和温度、速度等等信息。
可通过串口1即USB_TTL接口连接正点原子PID调试助手，查看PID波形。
LED0闪烁指示程序运行。
2、硬件资源
1）LED灯：LED0 – PE0
2）独立按键
    KEY0 – PE2
        KEY1 – PE3
        KEY2 – PE4
3）定时器：  
        TIM1_CH1：PA8
        TIM1_CH2：PA9
        TIM1_CH3：PA10
   IO：PB13\14\15
   使能引脚：SHDN: PF10
4）过零信号检测引脚
过零U相 – PH10
过零V相 – PH11
过零W相 – PH12
5）无刷电机
6）无刷电机驱动板
7）12-60V的DC电源
8）ADC：ADC1_CH9：PB1
         ADC1_CH0：PA0
         ADC1_CH8：PB0
         ADC1_CH6：PA6
         ADC1_CH3：PA3
3、原理图
        原理图部分和开环控制完全一致，这里就不重复叙述了，可以参考之前的章节。
26.1.3 程序设计
26.1.3.1 无刷电机无感速度闭环的配置步骤
1）电机基本驱动
        实现电机的基础驱动函数，启停、6步换向组合、过零控制等等
2）初始化ADC（保留）
        初始化ADC通道的IO，设置ADC工作方式、DMA等等
3）PID闭环控制实现
        实现PID的初始参数赋值、PID计算等等
4）上位机通信协议
        编写上位机通信代码，可在上位机上实时显示当前速度与目标速度的波形变化
5）编写中断服务函数
        PWM中断用于无感驱动状态切换、换向控制、堵转检测、PID闭环控制等等
26.1.3.2 程序流程图

图26.1.3.2.1 无刷电机无感速度闭环控制流程图

26.1.3.3 程序解析
这里我们只讲解核心代码，使用了PID闭环控制，因此需要PID部分的程序，计算过程一致，这里仅列出无感闭环的PID部分参数，如下。
/*定义PID参数相关宏*/
#define  KP      0.05000f                  /* P参数*/
#define  KI      0.00025f                       /* I参数*/
#define  KD      0.000150f                  /* D参数*/
#define SMAPLSE_PID_SPEED  40             /* 采样率 单位ms*/
        接着是定时器中断回调函数，在里边实现速度计算以及过零控制如下。
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    uint8_t i;
    static uint8_t times_count = 0;                     /* 定时器时间记录 */
    if(htim->Instance == ATIM_TIMX_PWM)         /* 55us */
    {
        if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN)
        {
            /******************* 三相电流采集 *******************/
            for(i=0; i<3; i++)
            {
                adc_val_m1 = g_adc_val[i+2];
                adc_amp = adc_val_m1 –
                                adc_amp_offset[ADC_AMP_OFFSET_TIMES];
                if(adc_amp < 0)  
                    adc_amp_un = 0;                    /* 反电动势电压为悬空绕组直接清0  */
                else if(adc_amp >= 0)                   /* 去除反电动势引起的负电流数据 */
                    adc_amp_un = adc_amp;
            }
            /*运算母线电流（母线电流为任意两个有开关动作的相电流之和）*/
            adc_amp_bus = (adc_amp_un[0] + adc_amp_un[1] +
                        adc_amp_un[2])*ADC2CURT;
        }
#ifdef H_PWM_L_ON
        /* 过零控制 */
        zero_ctr_loop();
        /*************** 速度环PID控制 *****************/
           /* 具有一定速度（有速度测量说明已经进入过零闭环状态）后才能进入PID闭环控制 */
        if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN && g_zero_ctr_status == 3)
        {
                temp_pwm1 = increment_pid_ctrl(&g_speed_pid,g_bldc_motor1.speed);
                FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_s,temp_pwm1,0.085);
                /* 最低速度限制 */
                if(motor_pwm_s < 0)
                {
                    /* 加速启动速度 */
                    if(motor_pwm_s >= -600)
                        motor_pwm_s = -600;
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = -motor_pwm_s;
                }
                else
                {
                    if(motor_pwm_s <= 600)
                        motor_pwm_s = 600;
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_s;
                }
        }

#endif
    }
    if(htim->Instance == TIM6)
    {
        /******************基准电压测量 ********************/
        times_count++;
        if(g_bldc_motor1.run_flag == STOP)
        {
            uint8_t i;
            uint32_t avg[3] = {0,0,0};
            adc_amp_offset[0][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[2];
            adc_amp_offset[1][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[3];
            adc_amp_offset[2][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[4];
            adc_amp_offset_p ++;
            NUM_CLEAR(adc_amp_offset_p,ADC_AMP_OFFSET_TIMES);
            for(i=0; i<ADC_AMP_OFFSET_TIMES; i++)
            {
                avg[0] += adc_amp_offset[0];
                avg[1] += adc_amp_offset[1];
                avg[2] += adc_amp_offset[2];
            }
            for(i=0; i<3; i++)
            {
                avg /= ADC_AMP_OFFSET_TIMES;
                adc_amp_offset[ADC_AMP_OFFSET_TIMES] = avg;
            }
        }
        if(times_count == SMAPLSE_PID_SPEED)
        {
#if (LOCK_TAC==2)
            /********************* 堵塞处理 *******************/
            if(g_bldc_motor1.locked_rotor==1)           /* 堵塞 */
            {
                clc++;
                if(clc > 50)                                /* 延迟2s后重新启动*/
                {
                    clc = 0;
                    pid_init();
                    stop_motor1();
                    g_speed_pid.SetPoint = 400.0;         /* 400PRM */
                    g_bldc_motor1.dir = CW;               /* 初始方向正转 */
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = 600;         /* 加速启动速度 */
                    g_bldc_motor1.run_flag = RUN;         /* 开启运行 */
                    start_motor1();                       /* 运行电机 */
                    g_bldc_motor1.locked_rotor = 0;
                    g_zero_ctr_status = 0;                /* 堵塞状态需要重新定位初始位置 */
                }
            }
#endif
            times_count=0;
        }
    }
}
        在中断回调函数里边同样会调用过零控制函数zero_ctr_loop，该函数内容与上节课完全一致，这里就不多赘述。主要来看下PID的控制环节，首先通过无感控制状态判断决定是否打开PID控制，当过零信号稳定就会进入PID控制，首先通过过零信号计算得出的电机转速，接着将电机转速进行滤波，然后带入PID计算，经过限幅将PWM带入到下一次中断时启用。这里我们还在中断中加上了堵转处理，当电机因意外或过流导致停机时，当堵转时间超过2s，此时会重新初始化PID并以400RPM的初始速度重新开启电机旋转。
        main函数主要是通过按键设定闭环的目标速度值，内容如下。
int main(void)
{
    uint8_t key,t;
    char buf[32];
    int16_t pwm_duty_temp=0;
    float current[3]= {0.0f};
    float current_lpf[4]= {0.0f};
    uint16_t strar_sf=0;/* 启动速度标识 */
    uint8_t display_motor_offest=0;
   
    HAL_Init();                                      /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);           /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                                 /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                              /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    key_init();                                      /* 初始化按键 */
    lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    bldc_init(168000/18-1,0);
    bldc_ctrl(MOTOR_1,CW,1000);                            /* 初始无刷电机接口1速度 */
    adc_nch_dma_init();
    pid_init();
   
    g_point_color = WHITE;
    g_back_color  = BLACK;
    lcd_show_string(10,10,200,16,16,"BLDC Motor Test",g_point_color);
    lcd_show_string(10,30,200,16,16,"KEY0:Step++",g_point_color);
    lcd_show_string(10,50,200,16,16,"KEY1:Step--",g_point_color);
    lcd_show_string(10,70,200,16,16,"KEY2:Stop",g_point_color);

    while (1)
    {
        t++;
        if(t % 20 == 0)
        {
            sprintf(buf,"SetSpeed:%4d   ",(int16_t)(*User_SetPoint));   
/* 显示设置速度 */
            lcd_show_string(10,110+display_motor_offest,200,16,16,buf,
g_point_color);
            sprintf(buf,"M1 speed:%4d   ",g_bldc_motor1.speed);         /* 显示转速 */
            lcd_show_string(10,130+display_motor_offest,200,16,16,buf,
g_point_color);
            sprintf(buf,"M1 pos:%4d ",g_bldc_motor1.pos);            /* 显示测量速度 */
            lcd_show_string(10,150+display_motor_offest,200,16,16,buf,
g_point_color);
            sprintf(buf,"PWM_Duty:%.1f%%",(float)((g_bldc_motor1.pwm_duty/
(float)MAX_PWM_DUTY)*100));        /* 显示控制PWM占空比 */
            lcd_show_string(10,170+display_motor_offest,200,16,16,buf,
g_point_color);      
            LED0_TOGGLE();                                      /* LED0(红灯) 翻转 */
           
            if(g_bldc_motor1.run_flag==STOP)                /* 停机的电流显示 */
            {
                current_lpf[0]=0;
                current_lpf[1]=0;
                current_lpf[2]=0;
            }
            current[0]=adc_amp_un[0]* ADC2CURT;/* U */
            current[1]=adc_amp_un[1]* ADC2CURT;/* V */
            current[2]=adc_amp_un[2]* ADC2CURT;/* W */
            
            /* 一阶数字滤波 滤波系数0.1 用于显示 */
            FirstOrderRC_LPF(current_lpf[0],current[0],0.1f);
            FirstOrderRC_LPF(current_lpf[1],current[1],0.1f);
            FirstOrderRC_LPF(current_lpf[2],current[2],0.1f);
            FirstOrderRC_LPF(current_lpf[3],adc_amp_bus,0.1f);
            sprintf(buf,"Amp U:%.3fmA ",(float)current_lpf[0]);
            lcd_show_string(10,230,200,16,16,buf,g_point_color);
            sprintf(buf,"Amp V:%.3fmA ",(float)current_lpf[1]);
            lcd_show_string(10,250,200,16,16,buf,g_point_color);
            sprintf(buf,"Amp W:%.3fmA ",(float)current_lpf[2]);
            lcd_show_string(10,270,200,16,16,buf,g_point_color);
            sprintf(buf,"Amp Bus:%.3fmA ",(float)adc_amp_bus);
            lcd_show_string(10,290,200,16,16,buf,g_point_color);
        }

        key = key_scan(0);
        if(key == KEY0_PRES)
        {
            step_up();
        }
        if(key == KEY1_PRES)                     /* 按下KEY1开启电机 */
        {
            step_down();   
        }
        if(key == KEY2_PRES)                      /* 按下KEY2关闭电机 */
        {
            stop_motor1();                                 /* 停机 */
            g_bldc_motor1.run_flag=STOP;        /* 标记停机 */
            g_bldc_motor1.pwm_duty=0;
            pid_init();                                    /* 初始化PID */
            clc=0;                                                /* 清零等待时间 */
        }
        delay_ms(10);
    }
}
void step_up(void)
{
    g_bldc_motor1.run_flag=RUN;        /* 开启运行 */
    start_motor1();                                /* 开启运行 */
    if(g_bldc_motor1.dir==CW&&*User_SetPoint==0)
    {
        g_bldc_motor1.dir=CCW;
    }
    *user_setpoint+=400;                /* 逆时针旋转下递增 */
    if(*user_setpoint==0)
    {
        stop_motor1();                        /* 开启运行 */
        g_bldc_motor1.run_flag=STOP;/* 标记停机 */
        g_bldc_motor1.pwm_duty=0;
        pid_init();                       /* 初始化PID */
        g_bldc_motor1.speed=0;
        motor_pwm_s=0;
    }
    if(*user_setpoint>=3200)        /* 最高不超过3200prm */
    {
        *user_setpoint=3200;
    }
    debug_data_temp=*user_setpoint;
}
void step_down(void)
{
    g_bldc_motor1.run_flag=RUN;        /* 开启运行 */
    start_motor1();                                /* 开启运行 */
    if(g_bldc_motor1.dir==CCW&&*user_setpoint==0)
    {
        g_bldc_motor1.dir=CW;
    }
    *user_setpoint-=400;                /* 逆时针旋转下递增 */
    if(*user_setpoint==0)
    {
        stop_motor1();                        /* 开启运行 */
        g_bldc_motor1.run_flag=STOP;/* 标记停机 */
        g_bldc_motor1.pwm_duty=0;

        pid_init();                       /* 初始化PID */
        g_bldc_motor1.speed=0;
        motor_pwm_s=0;
    }
    if(*user_setpoint<=-3200)        /* 最高不超过3200prm */
    {
        *user_setpoint=-3200;
    }
    debug_data_temp=*user_setpoint;
}
        无感闭环切换方向时还需跳出PID过程，重新建立稳定的无感旋转过程，然后再次进入PID控制，因此按键控制逻辑相对多一点，并且PID还需要重新初始化，防止变量没有清零造成失控的现象。
26.1.4 下载验证
下载代码后，可以看到LED0在闪烁，说明程序已经正常在跑了，LCD上显示按键功能、占空比以及电机速度信息和显示程序计算的电压、电流等信息，当我们按下KEY0，目标速度将增大；按下KEY1，目标速度将减小；按下KEY2，电机将停止。目标速度为正数时，电机正转，反之电机反转。我们再打开PID调试助手（注意接上串口1的USB_TTL连接至电脑），选择对应的串口端口，接着勾选通道1和2，点击“开始”按钮，即可开始显示波形，如下图26.1.4.1，大家可以自己下载程序并点击按键测试效果。

图26.1.4.1 PID调节效果

        图26.1.4.1中，橙线代表目标速度，红线代表实际速度，当我们按下KEY0，目标速度增大，橙线先发生变化，而红线（实际速度）会逐渐靠近橙线（目标速度）；按下KEY1，目标速度将减小，曲线的变化同理；按下KEY2，电机将停止，目标速度将为0。
        注意：1、本实验需要使用USB数据线连接开发板的串口1到电脑，并启动电机之后才会有波形变化；2、如果发现波形不对，请检查电机接线；3、PID系数并不是通用的，如果PID曲线不理想，大家需要根据自己的实际系统去调节


26.2 无感速度+电流双闭环控制
        要实现无感的速度+电流双闭环控制，只需在速度环的基础上加上电流环部分即可。三相电流的采集已经在前面的课程（第23章）学习过了，所以下面我们直接进入代码实现。
26.2.1 硬件设计
1、例程功能
本实验以电机开发板的直流有刷/无刷电机驱动接口1为例。
通过PID电流环的初始化设置转矩大小，即目标电流大小。目标电流越大，转矩越大。
当按键0按下，就增大目标速度值；当按键1按下，就减小目标速度值。目标速度的绝对值大小决定电机的速度，它的正负决定电机的正反转方向。按下按键2则马上停止电机。
屏幕显示按键功能、占空比、目标转速以及实际转速以及显示无刷电机电压、电流和温度、速度等等信息。
可通过串口1即USB_TTL接口连接正点原子PID调试助手，查看PID波形。
LED0闪烁指示程序运行。
2、硬件资源
1）LED灯：LED0 – PE0
2）独立按键
    KEY0 – PE2
        KEY1 – PE3
        KEY2 – PE4
3）定时器：
        TIM1_CH1：PA8
        TIM1_CH2：PA9
        TIM1_CH3：PA10
   IO：PB13\14\15
   使能引脚：SHDN: PF10
4）过零信号检测引脚
过零U相 – PH10
过零V相 – PH11
过零W相 – PH12
5）无刷电机
6）无刷电机驱动板
7）12-60V的DC电源
8）ADC：ADC1_CH9：PB1
         ADC1_CH0：PA0
         ADC1_CH8：PB0
         ADC1_CH6：PA6
         ADC1_CH3：PA3
3、原理图

图26.2.1.1 无刷电机接口1原理图

        接口涉及的IO如下。

表26.2.1.1 无刷相关IO口说明

        驱动板和电机的连接方式之前已经介绍过了，驱动板和开发板连接只需要使用排线连接即可（霍尔传感器接口可不接，JP3跳线帽注意接H&Z与ZERO即可），实物连接如下。

图26.2.1.2 开发板&驱动板连接图

26.2.2 程序设计
26.2.2.1 无刷电机速度+电流双闭环的配置步骤
1）实现电机基本驱动
        实现电机的基础驱动函数，启停、6步换向组合等等
2）初始化ADC
        初始化ADC通道的IO，设置ADC工作方式、DMA等等
3）PID闭环控制实现
        实现PID的初始参数赋值、PID计算等等
4）上位机通信协议
        编写上位机通信代码，可在上位机上实时显示当前速度与目标速度的波形变化
5）编写中断服务函数
        PWM中断用于换向控制、堵转检测等等，添加PID的周期计算调用
26.2.2.2 程序流程图

图26.2.2.2.1 无刷电机速度+电流双闭环控制流程图

26.2.2.3 程序解析
这里我们只讲解核心代码，定时器及ADC的相关程序都和之前一致，这里就不重复列出了，速度+电流双闭环的PID参数的定义有不同。实际内容如下所示。
/*定义PID参数相关宏*/
#define  S_KP      0.05000f                 /* 速度环的P参数需远小于电流环的P */
#define  S_KI      0.00025f                 /* I参数*/
#define  S_KD      0.000150f                     /* D参数*/
/*定义PID参数相关宏*/
#define  C_KP      2.00f                    /* P参数*/
#define  C_KI      0.20f                    /* I参数*/
#define  C_KD      0.01f                    /* D参数*/
#define SMAPLSE_PID_SPEED  40             /* 采样率 单位ms*/
其中C_KP，C_KI，C_KD为电流环的PID参数，S_KP，S_KI，S_KD为速度环的PID参数，PID的计算过程和之前的一致，这里就不贴出来了，大家感兴趣可以打开源码查看。重点内容PID控制在定时器的中断回调函数里进行，在bldc_tim.c中实现，贴出的程序删除了部分代码避免篇幅太长，中断服务函数内容如下。
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    uint8_t i;
    static uint8_t times_count=0;/*定时器时间记录*/
    if(htim->Instance == ATIM_TIMX_PWM)//55us
{
… …
#ifdef H_PWM_L_ON
        /* 过零控制 */
        zero_ctr_loop();
        /**************** PID控制 ****************/
        if(g_bldc_motor1.run_flag == RUN && g_zero_ctr_status == 3)
        {
            /* 速度+电流双环控制 */
            pid_s_count++;
            pid_c_count++;
            /* 速度环 */
            if(pid_s_count>2)
            {
                        … … /* 省略部分代码 */                          
            if(debug_switch == 0)
            {
                temp_pwm1 = increment_pid_ctrl(&g_speed_pid,g_bldc_motor1.speed);
                FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_s,temp_pwm1,0.5);
                if(motor_pwm_s < 0)
                {
                    /*加速启动速度*/
                    if(motor_pwm_s >= -600)
                        motor_pwm_s = -600;
                        motor_pwm_sl = -motor_pwm_s;
                }
                else
                {
                    if(motor_pwm_s <= 600)
                        motor_pwm_s = 600;
                        motor_pwm_sl = motor_pwm_s;
                }
                *user_setpoint = debug_data_temp;/*重新保持上位机指令要求*/
                pid_s_count = 0;
            }
            }
            if(debug_switch == 0)
            {
                /* 电流环 */
                if(pid_c_count > 1)
                {
/*换向尖峰电流大于设定的电流值将导致PID调节转至电流环调节 速度环无法起作用，转速无法调节*/
                    if(adc_amp_bus > (g_current_pid.SetPoint - 20))
                    {
                        cf_count++;/* 滤除换向尖峰电流的影响 */
                        if(cf_count > 4)
                        {
                            cf_count = 0;
                            temp_pwm2 =
                                                increment_pid_ctrl(&g_current_pid,adc_amp_bus);
                            FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_c,temp_pwm2,0.085);
                        }
                    }
                    else
                    {
                        cf_count = 0;
                        temp_pwm2 =
                                         increment_pid_ctrl(&g_current_pid,adc_amp_bus);
                        FirstOrderRC_LPF(motor_pwm_c,temp_pwm2,0.085);
                    }
                    pid_c_count = 0;
                }
                /* 电流环输出值大于速度环输出则使用速度环调节 */
                if(motor_pwm_c > motor_pwm_sl)
                {
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_sl;
                    if(motor_pwm_s < 0)                     /* 正反转积分控制 */
                        g_current_pid.Ui = -g_speed_pid.Ui;
                    else
                        g_current_pid.Ui = g_speed_pid.Ui;
                }
                else  /* 速度环输出值大于电流环输出则使用电流环调节 */
                {
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = motor_pwm_c;
                    if(g_bldc_motor1.dir == CCW)
                        g_speed_pid.Ui = -g_current_pid.Ui;
                    else
                        g_speed_pid.Ui = g_current_pid.Ui;
                }
            }                  
        }
        /* 上位机 -> 开发板 方向变化处理 */
        if(debug_switch == 1 && abs((int)(*user_setpoint)) >= 400)
        {
            if(*user_setpoint > 0)
                g_bldc_motor1.dir = CW;
            else
                g_bldc_motor1.dir = CCW;
            start_motor1();                         /* 开启运行 */
            g_zero_ctr_status = 0;
            g_bldc_motor1.run_flag = RUN;           /* 开启运行 */
            debug_switch = 0;
        }

#endif
    }
    if(htim->Instance == TIM6)
    {
        /***************** 采集电机停机状态下的偏置电压 ******************/
        times_count++;
        if(g_bldc_motor1.run_flag == STOP)
        {
            uint8_t i;
            uint32_t avg[3] = {0,0,0};
            adc_amp_offset[0][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[2];
            adc_amp_offset[1][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[3];
            adc_amp_offset[2][adc_amp_offset_p] = g_adc_val[4];
            adc_amp_offset_p ++;
            NUM_CLEAR(adc_amp_offset_p,ADC_AMP_OFFSET_TIMES);
            for(i=0; i<ADC_AMP_OFFSET_TIMES; i++)
            {
                avg[0] += adc_amp_offset[0];
                avg[1] += adc_amp_offset[1];
                avg[2] += adc_amp_offset[2];
            }
            for(i=0; i<3; i++)
            {
                avg /= ADC_AMP_OFFSET_TIMES;
                adc_amp_offset[ADC_AMP_OFFSET_TIMES] = avg;
            }
        }
        /***************** 定时判断电机是否发生堵塞 *******************/
        if(times_count == SMAPLSE_PID_SPEED)
        {
#if (LOCK_TAC == 2)
            if(g_bldc_motor1.locked_rotor == 1)         /* 到达一定速度后可进入闭环控制 */
            {
                clc++;
                if(clc > 50)                              /* 延迟2s后重新启动 */
                {
                    clc = 0;
                    pid_init();
                    stop_motor1();
                    g_speed_pid.SetPoint = 400.0; /* 400PRM */
                    g_bldc_motor1.dir = CW;
                    g_bldc_motor1.pwm_duty = 600; /* 加速启动速度 */
                    g_bldc_motor1.run_flag = RUN; /* 开启运行 */
                    start_motor1();                       /* 运行电机 */
                    g_bldc_motor1.locked_rotor = 0;
                    g_zero_ctr_status = 0;                /* 堵塞状态需要重新定位初始位置 */
                }
            }
#endif
            times_count = 0;
        }
    }
}
        在定时器1更新中断里首先优先进行电流环的PID计算，这里需要进行滤波，避免换向尖峰对PID的影响，接着通过过零跳变数量计算电机转速，经过计数分频，进入速度环PID计算函数，带入上述计算的速度，得到速度环计算出的PWM输出值，然后将两个环的输出做比较，如果电流环较大则使用速度环输出，否则使用电流环输出，最终赋值到定时器，在下一次中断时使用新的PWM用于驱动无刷电机。这里我们还在中断中加上了堵转处理，当电机因意外或过流导致停机时，当堵转时间超过2s，此时会重新初始化PID并以400RPM的初始速度重新开启电机旋转。接着看来先下主函数main.c内容如下。
int main(void)
{
    uint16_t adc_vbus,adc_temp;
    uint8_t debug_cmd=0;
    float current_lpf[4]= {0.0f};
    uint8_t key,t;
    char buf[32];
    float current[3]= {0.0f};
    int16_t speed_diplay=0;
    float user_setpoint_temp=0.0;
   
    HAL_Init();                                      /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);            /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                                 /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                              /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    key_init();                                      /* 初始化按键 */
    lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    bldc_init(168000/18-1,0);
    bldc_ctrl(MOTOR_1,CW,1000);                      /* 初始无刷电机接口1速度 */
    adc_nch_dma_init();
    pid_init();
   
    g_point_color = WHITE;
    g_back_color  = BLACK;
    lcd_show_string(10,10,200,16,16,"BLDC Motor Test",g_point_color);
    lcd_show_string(10,30,200,16,16,"KEY0:Step++",g_point_color);
    lcd_show_string(10,50,200,16,16,"KEY1:Step--",g_point_color);
lcd_show_string(10,70,200,16,16,"KEY2:Stop",g_point_color);
   
#if DEBUG_ENABLE                                                                                                 /*开启调试*/
    debug_init();                                                                                                /*PID调试初始化*/
    debug_send_motorcode(BLDC_MOTOR );                              /*直流无刷电机*/
    debug_send_motorstate(IDLE_STATE);                              /*电机空闲*/
    /* 初始化同步数据（选择第x组PIDX,目标速度地址,P,I,D参数）到上位机 */
    debug_send_initdata(TYPE_PID1,user_setpoint,C_KP,C_KI,C_KD);
    debug_send_initdata(TYPE_PID2,user_setpoint,S_KP,S_KI,S_KD);   
#endif

    while (1)
    {
        … … /* 省略部分代码 */

        key = key_scan(0);
        if(key == KEY0_PRES)
        {
            step_up();
        }
        else if(key == KEY1_PRES)                              /* 按下KEY1开启电机 */
        {
            step_down();   
        }
        else if(key == KEY2_PRES)                              /* 按下KEY2关闭电机 */
        {
            stop_motor1();                                      /* 停机 */
            g_bldc_motor1.run_flag = STOP;                    /* 标记停机 */
            g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;
            motor_pwm_sl = 0;
            motor_pwm_c = 0;
            g_zero_ctr_status = 0;
            g_bldc_motor1.speed = 0;
            pid_init();                                         /* 初始化PID */
        }
        delay_ms(10);
        
#if DEBUG_ENABLE
        /* Debug发送部分 */
        /* 主要显示参数 */
        debug_send_valtage(adc_vbus * ADC2VBUS);          /* 发送电压 */
        debug_send_speed(g_bldc_motor1.speed);           /* 发送速度 */
        debug_send_distance((uint64_t)(g_bldc_motor1.sum_pos));
        debug_send_temp(50,get_temp(adc_temp));             /* 发送电机温度、驱动板温度 */
        debug_send_current((float)(current_lpf[0]/1000),
                                               (float)(current_lpf[0]/1000),
                                                  (float)(current_lpf[0]/1000));/*发送电流*/
        /* 电流波形和速度波形 */
        debug_send_wave_data(1,(int16_t)g_bldc_motor1.speed);  /*1发送实际速度 */
        debug_send_wave_data(2,(int16_t)*user_setpoint);        /*2发送目标速度 */
        debug_send_wave_data(3,current_lpf[0]);         /* 选择通道3 发送实际电流U */
        debug_send_wave_data(4,current_lpf[1]);         /* 选择通道4 发送实际电流V */
        debug_send_wave_data(5,current_lpf[2]);         /* 选择通道5 发送实际电流W */
        debug_send_wave_data(6,current_lpf[3]);         /* 选择通道6 发送实际母线电流 */
        debug_send_wave_data(7,adc_amp_bus);           /* 选择通道7 发送实际电流W */
        debug_send_wave_data(8,g_current_pid.SetPoint);            /*8实际母线电流 */        
        /* Debug接收部分 */
        debug_receive_pid(TYPE_PID1,(float*)&g_current_pid.Proportion,                                     (float*)&g_current_pid.Integral,(float*)&g_current_pid.Derivative);
        debug_receive_pid(TYPE_PID2,(float*)&g_speed_pid.Proportion,                                   (float*)&g_speed_pid.Integral,(float*)&g_speed_pid.Derivative);
        debug_cmd = debug_receive_ctrl_code();                             /* 读取命令 */
        if(debug_cmd == HALT_CODE)                                                    /* 停机 */
        {
            stop_motor1();
            pid_init();
            g_bldc_motor1.run_flag = STOP;                               /* 标记停机 */
            g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;
        }
        else if(debug_cmd == RUN_CODE)                                             /* 运行 */
        {
            g_bldc_motor1.run_flag = RUN;                                      /* 运行标记 */
            *user_setpoint = 400;                                                  /* 自动设置目标 */
            debug_data_temp = *user_setpoint;
            start_motor1();                                                    /* 启动电机 */
            debug_send_motorstate(RUN_STATE);                            /* 电机运行 */
        }
        else if (debug_cmd == BREAKED)                                           /* 刹车*/
        {
            *user_setpoint = 0;                                                         /* 减速直至0 */
            debug_send_motorstate(BREAKED_STATE);                                /* 电机刹车 */
        }
#endif
        delay_ms(10);
    }
}
void step_up(void)
{
    g_bldc_motor1.run_flag = RUN;                                               /* 开启运行 */
    start_motor1();                                                                     /* 开启运行 */

    if(g_bldc_motor1.dir == CCW && *user_setpoint == 0)                 /* 切换方向条件*/
    {
        g_bldc_motor1.dir = CW;
    }
    *user_setpoint += 400;                                                              /* 递增 */
    if(*user_setpoint == 0)
    {
        g_bldc_motor1.run_flag = STOP;                                          /* 标记停机 */
        stop_motor1();                                                                  /* 停机 */
        pid_init();                                                                     /* 初始化PID */
        g_bldc_motor1.speed = 0;
        g_zero_ctr_status = 0;
        motor_pwm_sl = 0;
        motor_pwm_c = 0;
        g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;
    }
    if(*user_setpoint >= 3200)                                                  /* 限速 */
        *user_setpoint = 3200;
    debug_data_temp = *user_setpoint;
}
void step_down(void)
{
   g_bldc_motor1.run_flag = RUN;                                                /* 开启运行*/
    start_motor1();                                                                     /* 运行电机*/
    /*切换方向条件*/
    if(g_bldc_motor1.dir == CW && *user_setpoint == 0)
    {
        g_bldc_motor1.dir = CCW;
    }
    *user_setpoint -= 400;                                                              /* 递增 */
    if(*user_setpoint == 0)
    {
        g_bldc_motor1.run_flag = STOP;                                          /* 标记停机*/
        stop_motor1();                                                                  /* 停机*/
        pid_init();                                                                     /* 初始化PID*/
        g_bldc_motor1.speed = 0;
        g_zero_ctr_status = 0;
        motor_pwm_sl = 0;
        motor_pwm_c = 0;
        g_bldc_motor1.pwm_duty = 0;
    }
    if(*user_setpoint <= -3200)                                                 /* 限速 */
    *user_setpoint = -3200;
    debug_data_temp = *user_setpoint;
}
        main函数主要初始化基本外设以及BLDC等等，然后添加上位机通信协议，将实际转速数据、目标转速数据、实际电流、目标电流分别发送给上位机的通道1、2、7、8上进行显示。按键判断逻辑：按下KEY0目标转速加400RPM，按下KEY1目标转速减400RPM，按下KEY2停止电机旋转
26.2.3 下载验证
下载代码后，可以看到LED0在闪烁，说明程序已经正常在跑了，LCD上显示按键功能、占空比以及电机速度信息和显示程序计算的电压、电流等信息，当我们按下KEY0，目标速度将增大；按下KEY1，目标速度将减小；按下KEY2，电机将停止。目标速度为正数时，电机正转，反之电机反转。我们再打开PID调试助手（注意接上串口1的USB_TTL连接至电脑），选择对应的串口端口，接着勾选通道1和2以及通道7和8，点击“开始”按钮，即可开始显示波形。大家可以使用手给电机增加点负载，可以明显感觉到电机一开始会因为负载增加速度减慢，后续逐渐加速上去直至和目标速度一致，如下图26.2.3.1，大家可以自己下载程序并点击按键测试效果。

图26.2.3.1 PID调节效果

图26.2.3.1中，橙线代表目标速度，红线代表实际速度，紫线代表实际母线电流，粉线代表目标电流（由于PID初始化时已经设定了电流环的目标值，所以粉线为直线），当我们按下KEY0，目标速度增大，橙线先发生变化，而红线（实际速度）会逐渐靠近橙线（目标速度）；可以看到紫线（实际电流）并未靠近粉线（目标电流），是由于代码中将两个环的输出做比较，如果电流环较大则使用速度环输出，否则使用电流环输出导致的。当我们手动给电机加负载，就能明显看到实际电流会在目标电流附近波动；按下KEY1，目标速度将减小，曲线的变化同理；按下KEY2，电机将停止，目标速度将为0。
        注意：1、电流环的波形存在小幅振荡属于正常现象，如果希望波形更稳定，可以适当地调整PID系数以及增大滤波次数；2、滤波次数越多则系统的响应越慢，大家需要在系统的响应速度和稳定性之间寻找平衡点；3、PID系数并不是通用的，如果PID曲线不理想，大家需要根据自己的实际系统去调节。