国产MCU AT32F403+DRV8313+磁编码器的直流无刷电机BLDC的FOC控制

引子

最近调试一款大的云台，因为我这边努力实现国产芯片全覆盖（很难，但需要各位同仁一起努力实现），所以就把原来STM32上跑的程序全部移植在国产的MCU AT32F403当中，一看这个名称大家也都明白，这个芯片跟STM32也是有渊源的。
网上电机FOC控制有很多文章视频，包括一些开发板。但是讲解的也都不太好理解，程序分支也是比较多，最不能容忍的是动不动烧板子。所以我就来个简洁明了，直接就是这款AT32F403+DRV8313实现直流无刷电机BLDC的FOC控制。

硬件

硬件主控芯片AT32F403A，240MHz主频，但是因为功耗问题，我把主频控制在140MHz，要跑IMU6050姿态解算的算法，和电机控制。
电机驱动还是用的DRV8313，磁编码用的是AS5600，说实话没找到比较满意的替代芯片。
电源输入采用的宽电压输入，9~24V，但是根据负载电流情况，确定输入电压范围。我这里用了18V，能够得到比较理想的电机驱动效果。好多市面上的FOC板子动不动就烧了，还是电源以及管子的导通开关没有做好，我这个板子可以支持3A的电流，我用了这么多，调试了这么长时间还没有烧板子烧电机的。当然，这个调试和使用习惯也有关系。

AT32F403A主控芯片，

功能还是很丰富，运算速度也是够用的，排除编译有些坑，还是可以用的一款国产MCU控制芯片，主要功能如下：
内核：带有FPU的ARM® 32位的Cortex® -M4CPU
− 最高240 MHz工作频率，带存储器保护单元（MPU），内建单周期乘法和硬件除法
− 内建浮点运算（FPU）
− 具有DSP指令集
 多达17个定时器（TMR）
− 多达2个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级定时器
− 多达8个16位定时器+2个32位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入
− 2个16位基本定时器用于驱动DAC
− 2个看门狗定时器（一般型WDT和窗口型WWDT）
− 系统滴答定时器：24位递减计数器
 多达20个通信接口
− 多达3个I2C接口，支持SMBus/PMBus
− 多达8个USART接口（支持ISO7816，LIN，IrDA接口和调制解调控制）
− 多达4个SPI接口（50 M位/秒），4个均可复
用为I2S接口，其中I2S2/I2S3支持全双工
− 多达2个CAN接口（2.0B主动）
− USB2.0全速设备接口，支持无晶振（crystalless）
− 多达2个SDIO接口

软件

软件我用了AT的最新的程序库，这样代码就比较容易写，兼容性也比较好，最重要的是官网上有例程，直接可以用。
主要的功能

磁编码器位置解算
磁编码12位的，精度要求不高的话，市面上要求的足够了。我之前做的高精度的确实要下点功夫专研才行。
FOC控制
FOC控制在云台这种慢速的情况，不太适合电流反馈的FOC，所以我就用电压FOC，利用磁编码来反馈位置信息。
SPWM控制
当然，正弦PWM控制也是支持的，Clark Park逆变换的电压开环FOC控制也是支持的，直接用宏开关控制，比较明了。
PID
电机实现角度环和速度环的PID控制。PID支持上位机调参软件控制，比较方便调试。

调参软件

调参软件我是用的C#编写的，实现PID调节、角度控制、校准等功能。

涉及的知识

涉及的知识点，电机控制、FOC算法实现、PID算法实现，里面还是有很多坑在里面，除了软硬件基础，还需要些数学基础。板子拿回去直接可以用，代码还是全开放，包括嵌入式软件、硬件原理图和调参软件源码。
这个项目我调试了好几个月，包括嵌入软件、硬件、以及调参软件，希望和大家交流。
淘宝讨论：https://3-iot.taobao.com/
技术讨论微信：28775855
有些技术涉及开源云台以及SPWM电机控制等可以参考我之前的博文：
开源俄版三轴云台软硬件、调参软件调试可用，代码开源，入门说明
https://blog.csdn.net/phlr5/article/details/83409707

视频演示

这个视频是用IMU6050进行电机控制的，用调参软件输入角度命令也能达到同样的效果。

MPU6050 直流无刷电机FOC控制