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永磁同步电机矢量控制C代码，全部从项目中总结得到，采用的S-function模式仿真，与实际项目运行基本一致，可以直接复制代码移植到工程实践项目中去

永磁同步电机矢量控制 C 代码全景解读

—— 从 Simulink S-Function 到量产级 FOC 的“黑盒”白皮书

（面向系统工程师、算法工程师及架构师）

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一、写作目的

上传的压缩包给出了一套“能直接跑在 Simulink + 嵌入式 IDE 双平台”的 PMSM-FOC 参考实现。本文档不逐行公开源码，而是聚焦“它到底做了什么、为什么这么做、数据怎么流、参数怎么配、掉坑点在哪”，帮助团队快速评估移植工作量、制定测试计划、规避专利/安全红线。

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二、整体定位与架构概览

1. 产品形态
   - Simulink 端：单 S-Function 模块，采样周期 100 µs，可一键生成 DLL 用于 MIL/SIL/HIL。
   - 嵌入式端：与 Simulink 同源的 C 源码，已在中断里跑到 10 kHz，CPU 占用 < 35 %（Cortex-M7 300 MHz）。
   - 双端共用同一套电机参数头文件，保证“离线标定 ⇆ 在线代码”零差异。

1. 软件分层
   ┌─ 应用层（App）
   │ ├─ 扭矩观测、母线电流估算、磁链在线辨识
   │ └─ 弱磁/ MTPA / MTPV 切换策略
   ├─ 控制层（Control）
   │ ├─ 电流环 PI + 前馈解耦
   │ ├─ 速度环（外部脚本可配 PI/PLL）
   │ └─ 弱磁环（双 PID 级联，电压圆+电流圆双约束）
   ├─ 调制层（Modulation）
   │ ├─ 经典 SVPWM（七段/五段/过调制）
   │ └─ 三次谐波注入 DPWM（降低开关损耗）
   ├─ 抽象层（HAL）
   │ ├─ 角度解码（M 法、PLL、Resolver）
   │ ├─ 相电流重构（单/双/三电阻、ICS、磁通观测器预留接口）
   │ └─ 死区补偿（电压误差法 / 占空比法 可选）
   └─ 驱动层（Driver）
   ├─ ADC 触发 → DMA 双缓冲 → 零拷贝
   └─ PWM 影子寄存器 ↔ 同步 ADC 注入

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三、数据流与状态机

1. 10 kHz 中断内“单步”完整链路
   采样 → 角度精算 → 电流标幺 → 2D 查表 → 弱磁修正 → 电流环 → 解耦 → 调制 → 死区补偿 → 占空比更新
   全程 0 浮点除法、0 动态内存、0 标准库三角函数；仅用查表 + 移位。

1. 状态机（简化）
   INIT → READY → RUN → FAULT
   FAULT 可细分为：过流、过压、欠压、超速、过载、角度失效。
   任何一级故障均先拉低 PWM 使能，再记录快照（Id、Iq、Ud、Uq、Speed、Temp），供上位机回放。

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四、核心算法“黑盒”描述

1. 电流采样与重构
   - 支持三电阻/单电阻/ICS 三种模式，宏切换。
   - 单电阻模式在 30°~60° 区间使用“移相重采样”技术，保证 100 % 占空比下仍可观测。
   - 硬件触发 ADC 与 PWM 中心对齐，天然抵消 ½ 死区误差。

1. 角度与速度观测
   - M 法：Δθ/Δt，适合中高速；
   - PLL：二阶锁相环，截止频率可配 100~800 Hz，低速纹波 < 0.3 %；
   - 预留 Resolver 数字解码接口，已验证 12-bit RDC 芯片。

1. 2D 查表 MTPA / MTPV
   - 表维度：转速 0~13000 rpm × 扭矩 0~333 N·m，共 41×21 格。
   - 查表前先对转速做 “Vdc 归一化” 补偿，保证 250~420 V 电池电压下同一扭矩指令对应相同电流轨迹。
   - 支持线性/双线性/三次样条三种插值方式，宏切换。

1. 弱磁控制
   - 电压圆判据：Ud²+Uq² ≤ (Vdc×0.906)²；
   - 电流圆判据：Id²+Iq² ≤ Imax²；
   - 双 PID 级联：外环压差 → 内环 Id 修正，再经“电流圆限幅”反算 Iq。
   - 高速区（>6000 rpm）自动切入 MTPV，查第二张表。

1. 死区补偿
   - 电压误差法：根据当前扇区与电流极性，把 ΔU 直接叠加到 Uα/Uβ；
   - 占空比法：直接修正 CMPA/B/C 寄存器，避免 ADC 采样窗口冲突；
   - 两种方法通过宏互斥，方便 A/B 对比标定。

1. 调制策略
   - 七段 SVPWM：THD 最小，适合低速大扭矩；
   - 五段 DPWM：开关次数减 1/3，适合高速弱磁区；
   - 过调制：当参考电压矢量 > 六边形内切圆时，按“比例收缩 + 角度保持”原则映射，保证扭矩不突变。

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五、参数体系与标定路线

1. 电机本体参数（只读）
   Rs、Ld(0,A)、Lq(0,A)、Φm、极对数、最大去磁电流。
   全部做成 const 数组，链接时代入 Flash，防止运行时意外写入。

1. 控制参数（运行时只读）
   PI 系数、滤波截止频率、弱磁起点、过调制阈值。
   上电由结构体一次性 memcpy 到 RAM，之后只读；如需在线调参，走 CAN 标定协议（CCP/XCP 兼容）。

1. 标定流程（推荐）
   ① 台架静态：Ls、Rs 温度补偿表 → ② 空载旋转：角度零位、电感饱和曲线 → ③ 负载扫描：MTPA 2D 表 → ④ 高速台架：弱磁 + MTPV 表 → ⑤ 整车转毂：NVH 微调死区/载频。
   全程使用 INCA + Simulink XCP Server，一键回灌 mat 文件，保证“离线-在线”数据同源。

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六、Simulink S-Function 使用速查

1. 接口一览
   InPort 0：三相电流 AD 值（int32×3）
   InPort 1：电角度 AD 值（int32）
   InPort 2：母线电压 AD 值（int32）
   InPort 3：扭矩指令（Nm，real32）
   InPort 4/5：用户调试通道（uint16）
   OutPort 0~2：CMPA/B/C（int32）
   OutPort 3：状态字（ready/fault）
   OutPort 4~14：内部观测信号（Id、Iq、Ud、Uq、Speed、WeakFlag …）

1. 典型步长
   - 离线仿真：固定步长 1e-4 s，求解器 ode4。
   - HIL 实时：步长 1e-4 s，CPU 负载 < 40 %（i7-11800H）。

1. 常见坑
   - 若编译提示找不到 MinGW，请确认 MATLAB 路径无空格，且已安装“Simulink Coder + MinGW64”。
   - 若出现“NaN”跳出，优先检查母线电压 AD 是否为 0，代码内部已做 Vdc>1 V 保护，但 Simulink 端未加限幅。
   - 若相电流波形削顶，请把 ADC 增益降 1 档，或把采样电阻改小 20 %。

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永磁同步电机矢量控制C代码，全部从项目中总结得到，采用的S-function模式仿真，与实际项目运行基本一致，可以直接复制代码移植到工程实践项目中去

七、嵌入式移植 checklist

[ ] 确认 MCU 有 3 组互补 PWM + 同步 ADC 注入通道

[ ] 确认 ADC 分辨率 ≥ 12 bit，采样保持时间 ≥ 250 ns

[ ] 把 10 kHz 中断优先级设为最高（NVIC=0），防止被 OS 打断

[ ] 若用单电阻采样，务必把 ADC 触发点放在 PWM 中心对称 ±1 µs

[ ] 量产前打开“编译器优化等级 -O2”并实测浮点中断延迟 < 2 µs

[ ] 打开 MPU 把 .const 段放入 Flash 只读区，防止 EMI 导致位翻转

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八、性能基准（实测）

• 电流环带宽：1.2 kHz（-3 dB）
• 速度环带宽：120 Hz（-3 dB）
• 弱磁最高转速：16000 rpm（2 对极，母线 380 V）
• 电流 THD：3.2 %（额定负载，10 kHz 载频）
• 中断抖动：±50 ns（Cortex-M7 with D-Cache ON）
• 代码体积：18.4 KB Flash，6.8 KB RAM（含 4 KB 查表）

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九、安全与功能安全提示

• 遵循 ISO 26262-5 建议，电流、电压、角度三通道独立冗余校验；
• 所有查表数组采用 CRC32 离线校验，启动时对比；
• 死区补偿值加入 ±5 % 随机 dither，防止持续单管发热；
• 弱磁过渡区增加“扭矩梯度限制”策略，避免乘客可感知的抖振；
• 若用于 ASIL-C 以上，需额外增加：
  – 双核锁步 (Dual-Core Lockstep)
  – ADC 交叉触发 (Cross-Trigger)
  – PWM 安全状态 (Safe State = 三态高阻)

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十、小结与下一步

本文档给出了一套“从离线仿真到量产上车”完整 FOC 解决方案的鸟瞰图。

若需深入：

1. 请结合《3-用户操作手册》先跑通 Simulink 波形；
2. 再对照《4-源文件说明》把宏定义逐个映射到真实硬件；
3. 最后利用《PMSMFOCmerged.txt》做代码审查与单元测试。

祝调试顺利，电机常转，安全第一。