吃透 AM32 无人机电调：从源码架构到工作原理的全方位解析（附实践指南）（中）

我们计算出了三相电压的作用时间（Va、Vb、Vc），但实际应用中需限制占空比范围（0~100%），避免 “过调制” 导致电机失控。以下是完整的 SVPWM 生成代码及解析：核心代码片段（位于svpwm.c）：

完整代码片段（位于svpwm.c）：

c

运行

#include "svpwm.h"
#include "tim.h"
#include "math.h"

#define PWM_PERIOD 1000  // PWM周期（对应TIM1的ARR=999，占空比范围0~1000）
uint16_t duty_u = 0, duty_v = 0, duty_w = 0;  // U、V、W相占空比（0~1000）

/**
 * @brief SVPWM生成：根据Vα、Vβ生成三相PWM占空比
 * @param Valpha：α轴电压（Q15格式）
 * @param Vbeta：β轴电压（Q15格式）
 */
void svpwm_generate(int16_t Valpha, int16_t Vbeta)
{
  int32_t Va, Vb, Vc;
  int32_t t1, t2, t0;  // 相邻有效矢量作用时间、零矢量作用时间
  uint8_t sector;       // 电压矢量所在扇区（1~6）

  // 1. 计算电压矢量的扇区（1~6，通过Vα、Vβ的正负和大小判断）
  sector = svpwm_calc_sector(Valpha, Vbeta);

  // 2. 根据扇区计算t1、t2（相邻有效矢量作用时间）
  switch (sector)
  {
    case 1:
      // 扇区1：有效矢量为V0(001)和V1(011)，t1对应Vβ，t2对应Vα-Vβ
      t1 = (int32_t)Vbeta * PWM_PERIOD / 32768;  // Q15格式转换为实际值（除以32768）
      t2 = (int32_t)(Valpha - Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    case 2:
      // 扇区2：有效矢量为V1(011)和V2(010)，t1对应Vα，t2对应-Vβ
      t1 = (int32_t)Valpha * PWM_PERIOD / 32768;
      t2 = (int32_t)(-Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    case 3:
      // 扇区3：有效矢量为V2(010)和V3(110)，t1对应-Valpha，t2对应-Valpha-Vbeta
      t1 = (int32_t)(-Valpha) * PWM_PERIOD / 32768;
      t2 = (int32_t)(-Valpha - Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    case 4:
      // 扇区4：有效矢量为V3(110)和V4(100)，t1对应-Vbeta，t2对应-Valpha
      t1 = (int32_t)(-Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      t2 = (int32_t)(-Valpha) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    case 5:
      // 扇区5：有效矢量为V4(100)和V5(101)，t1对应Valpha，t2对应Valpha+Vbeta
      t1 = (int32_t)Valpha * PWM_PERIOD / 32768;
      t2 = (int32_t)(Valpha + Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    case 6:
      // 扇区6：有效矢量为V5(101)和V0(001)，t1对应Vbeta，t2对应-Vbeta
      t1 = (int32_t)Vbeta * PWM_PERIOD / 32768;
      t2 = (int32_t)(-Vbeta) * PWM_PERIOD / 32768;
      break;
    default:
      t1 = 0;
      t2 = 0;
      break;
  }

  // 3. 计算零矢量作用时间（t0 = 周期 - t1 - t2，零矢量用于补充周期，避免占空比溢出）
  t0 = PWM_PERIOD - t1 - t2;
  // 零矢量时间分配（上下桥臂均衡，减少MOS管发热：t0/2分配到周期开头和结尾）
  int32_t t0_half = t0 / 2;

  // 4. 根据扇区分配时间，计算三相占空比（Va、Vb、Vc为各相的导通时间）
  switch (sector)
  {
    case 1:
      Va = t1 + t2 + t0_half;  // U相：t1 + t2 + 半零矢量
      Vb = t2 + t0_half;       // V相：t2 + 半零矢量
      Vc = t0_half;            // W相：半零矢量
      break;
    case 2:
      Va = t1 + t0_half;       // U相：t1 + 半零矢量
      Vb = t1 + t2 + t0_half;  // V相：t1 + t2 + 半零矢量
      Vc = t0_half;            // W相：半零矢量
      break;
    case 3:
      Va = t0_half;            // U相：半零矢量
      Vb = t1 + t2 + t0_half;  // V相：t1 + t2 + 半零矢量
      Vc = t2 + t0_half;       // W相：t2 + 半零矢量
      break;
    case 4:
      Va = t0_half;            // U相：半零矢量
      Vb = t1 + t0_half;       // V相：t1 + 半零矢量
      Vc = t1 + t2 + t0_half;  // W相：t1 + t2 + 半零矢量
      break;
    case 5:
      Va = t2 + t0_half;       // U相：t2 + 半零矢量
      Vb = t0_half;            // V相：半零矢量
      Vc = t1 + t2 + t0_half;  // W相：t1 + t2 + 半零矢量
      break;
    case 6:
      Va = t1 + t2 + t0_half;  // U相：t1 + t2 + 半零矢量
      Vb = t0_half;            // V相：半零矢量
      Vc = t1 + t0_half;       // W相：t1 + 半零矢量
      break;
    default:
      Va = 0;
      Vb = 0;
      Vc = 0;
      break;
  }

  // 5. 占空比限制：防止过调制（占空比必须在0~PWM_PERIOD之间，避免MOS管持续导通）
  duty_u = (Va < 0) ? 0 : (Va > PWM_PERIOD) ? PWM_PERIOD : (uint16_t)Va;
  duty_v = (Vb < 0) ? 0 : (Vb > PWM_PERIOD) ? PWM_PERIOD : (uint16_t)Vb;
  duty_w = (Vc < 0) ? 0 : (Vc > PWM_PERIOD) ? PWM_PERIOD : (uint16_t)Vc;

  // 6. 更新定时器CCR寄存器，输出PWM（TIM1的CCR1=U相，CCR2=V相，CCR3=W相）
  tim_set_pwm_duty(TIM1, TIM_CHANNEL_1, duty_u);
  tim_set_pwm_duty(TIM1, TIM_CHANNEL_2, duty_v);
  tim_set_pwm_duty(TIM1, TIM_CHANNEL_3, duty_w);
}

/**
 * @brief 定时器PWM占空比更新函数
 * @param htim：定时器句柄
 * @param channel：定时器通道（1~3）
 * @param duty：占空比（0~PWM_PERIOD）
 */
void tim_set_pwm_duty(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t channel, uint16_t duty)
{
  switch (channel)
  {
    case TIM_CHANNEL_1:
      htim->Instance->CCR1 = duty;  // 更新CCR1寄存器（U相）
      break;
    case TIM_CHANNEL_2:
      htim->Instance->CCR2 = duty;  // 更新CCR2寄存器（V相）
      break;
    case TIM_CHANNEL_3:
      htim->Instance->CCR3 = duty;  // 更新CCR3寄存器（W相）
      break;
    default:
      break;
  }
}

代码解析：

• 过调制保护：通过duty_u = (Va < 0) ? 0 : (Va > PWM_PERIOD) ? PWM_PERIOD : (uint16_t)Va限制占空比在 0~1000 之间，防止 MOS 管因持续导通（占空比 100%）过热烧毁；
• 零矢量分配：将零矢量时间（t0）拆分为两半（t0_half），分别放在 PWM 周期的开头和结尾，确保上下桥臂的开关频率均衡，减少功率损耗；
• 寄存器更新：直接操作定时器的CCR（捕获比较寄存器），实时更新占空比 ——MCU 每执行一次svpwm_generate()，就会刷新一次 PWM 信号，确保电机响应速度。

3.2.6 电流环 PID 控制：“精准控制电机转矩”

FOC 算法中，电流环是核心控制环节 —— 通过 PID 调节器，将实际电流（Id、Iq）与目标电流（Id_ref=0，Iq_ref 由油门指令换算）的偏差消除，输出精准的电压指令（Vd、Vq）。

电流环的控制精度直接决定电机的平顺性：若 PID 参数不当，会出现电机抖动、响应迟缓等问题。以下是 AM32 源码中电流环 PID 的实现与解析。

（1）PID 控制原理与 AM32 的优化

传统 PID 公式为：\(U(k) = K_p \cdot e(k) + K_i \cdot \sum_{0}^{k} e(i) + K_d \cdot [e(k) - e(k-1)]\)其中：

• \(U(k)\)：PID 输出（电压指令 Vd/Vq）；
• \(e(k)\)：当前误差（目标电流 - 实际电流）；
• \(K_p\)（比例系数）：快速响应误差，越大响应越快，但易超调；
• \(K_i\)（积分系数）：消除静态误差，越大静态误差越小，但易震荡；
• \(K_d\)（微分系数）：抑制超调，越大抗干扰越强，但易放大噪声。

AM32 源码对传统 PID 做了两处优化：

1. 积分分离：当误差较大时（如电机启动瞬间），关闭积分项，避免积分饱和导致超调；
2. 抗积分饱和：当 PID 输出达到上限（如 Vd/Vq 最大电压）时，停止积分累积，防止后续误差反向时积分项 “拖后腿”。

（2）电流环 PID 源码实现

PID 核心代码位于pid.c，包含 PID 初始化、参数更新、计算三个函数。以下是完整代码：

代码片段（位于pid.c）：

c

运行

#include "pid.h"

/**
 * @brief PID初始化：设置PID参数、积分限制、输出限制
 * @param pid：PID结构体指针
 * @param kp：比例系数（Q15格式）
 * @param ki：积分系数（Q15格式）
 * @param kd：微分系数（Q15格式）
 * @param integral_limit：积分上限（防止积分饱和）
 * @param output_limit：输出上限（防止过调制）
 */
void pid_init(PID_HandleTypeDef *pid, int16_t kp, int16_t ki, int16_t kd, 
              int32_t integral_limit, int16_t output_limit)
{
  pid->kp = kp;
  pid->ki = ki;
  pid->kd = kd;
  pid->integral_limit = integral_limit;  // 积分上限（如±10000）
  pid->output_limit = output_limit;      // 输出上限（如±32767，Q15格式）
  pid->integral = 0;