ZHDU069 March   2026 MSPM0G1507 , MSPM0G1519 , MSPM0G3507 , MSPM0G3519

 

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  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1 简介
  5. 2 电机控制理论
    1. 2.1 BLDC 电机基础知识
    2. 2.2 数学模型和 FOC 结构
    3. 2.3 无传感器场定向控制
      1. 2.3.1 FOC 基础知识
      2. 2.3.2 增强型滑模观测器
      3. 2.3.3 有限差分 BEMF 估算器
      4. 2.3.4 转子位置和转速估算
  6. 3 MSP FOC 系统
    1. 3.1 设计资源
    2. 3.2 FOC 特性概述
    3. 3.3 FOC 基准
  7. 4 MSP FOC 硬件
    1. 4.1 PWM 引脚配置
    2. 4.2 ADC 引脚配置
      1. 4.2.1 直流总线电压
      2. 4.2.2 电机相电压
      3. 4.2.3 电机相电流
        1. 4.2.3.1 单分流器电流检测
        2. 4.2.3.2 双或三分流器电流检测
        3. 4.2.3.3 采用同步采样的三分流器电流检测
    3. 4.3 故障引脚配置
    4. 4.4 霍尔 GPIO 引脚配置
    5. 4.5 GPIO 引脚配置
    6. 4.6 SPI 引脚配置
    7. 4.7 UART 引脚配置
    8. 4.8 评估板的外部连接
  8. 5 MSP FOC 软件
    1. 5.1 工程结构
    2. 5.2 软件概述
      1. 5.2.1 应用层
        1. 5.2.1.1 FOC 库
        2. 5.2.1.2 电机控制应用
        3. 5.2.1.3 主应用程序
      2. 5.2.2 HAL 层
        1. 5.2.2.1 栅极驱动器接口
        2. 5.2.2.2 电流检测电路
        3. 5.2.2.3 硬件接口
        4. 5.2.2.4 通信接口
      3. 5.2.3 MSPM0 Driverlib 层
    3. 5.3 寄存器映射（无传感器 FOC）
      1. 5.3.1 用户控制寄存器（基址 = 0x20200400h）
        1. 5.3.1.1 速度控制寄存器（偏移 = 0h）[复位 = 00000000h]
        2. 5.3.1.2 算法调试控制 1 寄存器（偏移 = 4h）[复位 = 00000000h]
        3. 5.3.1.3 算法调试控制 2 寄存器（偏移 = 8h）[复位 = 00000000h]
        4. 5.3.1.4 算法调试控制 3 寄存器（偏移 = Ch）[复位 = 00000000h]
        5. 5.3.1.5 DAC 配置寄存器（偏移 = 10h）[复位 = 00000000h]
      2. 5.3.2 用户输入寄存器（基址 = 0x20200000h）
        1. 5.3.2.1  SYSTEM_PARAMETERS（偏移 = 0h）
        2. 5.3.2.2  MOTOR_STARTUP1 寄存器（偏移 = 3Ch）[复位 = 00000000h]
        3. 5.3.2.3  MOTOR_STARTUP2 寄存器（偏移 = 40h）[复位 = 00000000h]
        4. 5.3.2.4  CLOSED_LOOP1 寄存器（偏移 = 44h）[复位 = 00000000h]
        5. 5.3.2.5  CLOSED_LOOP2 寄存器（偏移 = 48h）[复位 = 00000000h]
        6. 5.3.2.6  FIELD_CTRL 寄存器（偏移 = 4Ch）[复位 = 00000000h]
        7. 5.3.2.7  FAULT_CONFIG1 寄存器（偏移 = 50h）[复位 = 00000000h]
        8. 5.3.2.8  FAULT_CONFIG2 寄存器（偏移 = 54h）[复位 = 00000000h]
        9. 5.3.2.9  MISC_ALGO 寄存器（偏移 = 58h）[复位 = 00000000h]
        10. 5.3.2.10 PIN_CONFIG 寄存器（偏移 = 5Ch）[复位 = 00000000h]
        11. 5.3.2.11 PERI_CONFIG 寄存器（偏移 = 60h）[复位 = 00000000h]
      3. 5.3.3 用户状态寄存器（基址 = 0x20200430h）
  9. 6 快速入门指南
    1. 6.1 CCS IDE
      1. 6.1.1 工程设置
      2. 6.1.2 工程调试
    2. 6.2 GUI
  10. 7 电机调优指南
    1. 7.1 硬件板参数
      1. 7.1.1 基极电压 (V)
      2. 7.1.2 基极电流 (A)
    2. 7.2 电机参数
      1. 7.2.1 电机相电阻 (mΩ)
      2. 7.2.2 电机相电感 (μH)
      3. 7.2.3 IPMSM 电机的凸极
      4. 7.2.4 电机极点对
      5. 7.2.5 电机 BEMF 常数 (mV/Hz)
      6. 7.2.6 最大电机频率 (Hz)
      7. 7.2.7 最大电机功率 (W)
    3. 7.3 控制环路参数
      1. 7.3.1 速度/功率环路
      2. 7.3.2 电流环路
    4. 7.4 霍尔角度表
      1. 7.4.1 霍尔校准
      2. 7.4.2 寄存器表
    5. 7.5 旋转电机 (LVBLDC)
    6. 7.6 旋转带霍尔传感器的电机
    7. 7.7 调优电机 (LVBLDC)
      1. 7.7.1 基本调优
        1. 7.7.1.1  启动模式
          1. 7.7.1.1.1 对齐模式
            1. 7.7.1.1.1.1 电流环路中的强制对齐模式
            2. 7.7.1.1.1.2 PWM 环路中的强制对齐模式
          2. 7.7.1.1.2 双对齐模式
          3. 7.7.1.1.3 初始位置检测 (IPD) 模式
            1. 7.7.1.1.3.1 高分辨率 IPD
          4. 7.7.1.1.4 慢速首循环 (SFC) 模式
        2. 7.7.1.2  开环模式
          1. 7.7.1.2.1 自动转换
          2. 7.7.1.2.2 强制开环模式
        3. 7.7.1.3  从开环转换到闭环
        4. 7.7.1.4  闭环模式
          1. 7.7.1.4.1 调优控制参数
          2. 7.7.1.4.2 调优 PI 参数
        5. 7.7.1.5  停止模式
          1. 7.7.1.5.1 滑行（高阻态）模式
          2. 7.7.1.5.2 主动降速模式
          3. 7.7.1.5.3 制动模式
            1. 7.7.1.5.3.1 低侧制动
            2. 7.7.1.5.3.2 对齐制动
        6. 7.7.1.6  故障处理
          1. 7.7.1.6.1 MOTOR_STALL
            1. 7.7.1.6.1.1 ABN_SPEED_FAULT
            2. 7.7.1.6.1.2 ABN_BEMF_FAULT
            3. 7.7.1.6.1.3 NO_MOTOR_FAULT
          2. 7.7.1.6.2 VOLTAGE_OUT_OF_BOUNDS
          3. 7.7.1.6.3 LOAD_STALL
          4. 7.7.1.6.4 HARDWARE_OVER_CURRENT
          5. 7.7.1.6.5 HV_DIE
        7. 7.7.1.7  电机旋转方向
        8. 7.7.1.8  PWM 配置
          1. 7.7.1.8.1 PWM 频率
          2. 7.7.1.8.2 PWM 死区时间
        9. 7.7.1.9  FOC 环路频率
        10. 7.7.1.10 用于基本调优的硬代码
      2. 7.7.2 高级调优
        1. 7.7.2.1 控制模式设置
          1. 7.7.2.1.1 闭环速度控制模式
          2. 7.7.2.1.2 闭环功率控制模式
          3. 7.7.2.1.3 闭环扭矩控制模式
          4. 7.7.2.1.4 开环电压控制模式
            1. 7.7.2.1.4.1 超前角控制
        2. 7.7.2.2 每安培最大扭矩 (MTPA) 控制
        3. 7.7.2.3 弱磁控制 (FWC)
        4. 7.7.2.4 死区时间补偿
        5. 7.7.2.5 PWM 生成模式
        6. 7.7.2.6 过调制模式
        7. 7.7.2.7 初始速度检测 (ISD) 模式
          1. 7.7.2.7.1 电机重新同步
          2. 7.7.2.7.2 反向驱动
          3. 7.7.2.7.3 快速 ISD
        8. 7.7.2.8 防电压浪涌
    8. 7.8 覆盖用户输入寄存器表
  11. 8 硬件迁移指南
    1. 8.1 硬件层概述
    2. 8.2 栅极驱动器模块
      1. 8.2.1 选择参考工程
      2. 8.2.2 修改预定义符号
      3. 8.2.3 添加自定义源文件
        1. 8.2.3.1 栅极驱动器通信文件夹
        2. 8.2.3.2 HAL 层文件
      4. 8.2.4 添加自定义通信接口
      5. 8.2.5 覆盖默认宏定义
        1. 8.2.5.1 main.h 文件
          1. 8.2.5.1.1 电流检测路径中的延迟分量
        2. 8.2.5.2 gateDriver.h 文件
    3. 8.3 MCU 外设配置
      1. 8.3.1 PWM 模块
        1. 8.3.1.1 用于 PWM 输出的不同引脚
        2. 8.3.1.2 用于 PWM 故障输入的不同引脚
        3. 8.3.1.3 与 PWM 输出通道的不同映射
      2. 8.3.2 ADC 模块
        1. 8.3.2.1 电流检测类型
        2. 8.3.2.2 电流检测方法
          1. 8.3.2.2.1 三分流器配置
          2. 8.3.2.2.2 采用同步采样的三分流器配置
          3. 8.3.2.2.3 双分流器配置
          4. 8.3.2.2.4 单分流器配置
        3. 8.3.2.3 CSA 偏移比例因子
        4. 8.3.2.4 通道映射
          1. 8.3.2.4.1 相电流通道
            1. 8.3.2.4.1.1 三分流器配置
            2. 8.3.2.4.1.2 双分流器配置
            3. 8.3.2.4.1.3 单分流器配置
          2. 8.3.2.4.2 总线电压通道
          3. 8.3.2.4.3 相电压通道
        5. 8.3.2.5 触发模式
          1. 8.3.2.5.1 三或双分流器配置
          2. 8.3.2.5.2 单分流器配置
      3. 8.3.3 GPIO 引脚
      4. 8.3.4 HALL 模块
      5. 8.3.5 UART 模块
      6. 8.3.6 DAC12 模块
      7. 8.3.7 IPD 模块（捕获计时器）
    4. 8.4 自定义板验证
  12. 9 常见问题解答 (FAQ)
    1. 9.1 MSPM0 无法连接
    2. 9.2 以硬编码形式启动电机
    3. 9.3 减少 1 个用于同步采样的 ADC 引脚
    4. 9.4 调优实时控制参数
    5. 9.5 跟踪实时变量
      1. 9.5.1 DAC12 输出
      2. 9.5.2 J-Scope 工具
  13. 10总结
  14. 11参考资料
  15. 12修订历史记录

2.1 BLDC 电机基础知识

无刷直流 (BLDC) 电机由三个基本元件组成：一个绕线定子，一个永磁转子组件，以及可以在内部集成或外部安装的转子位置感应器件。这些位置传感器提供实时反馈，支持精确调整定子电压基准的频率和振幅，从而实现平滑的扭矩生成和转子连续旋转。

电机架构具有永磁转子磁芯，周围环绕外部定子绕组，可提供多种性能优势：

  • 低转子惯性，可改善动态响应

  • 通过高效的散热路径实现出色的散热

  • 紧凑的设计，可减小电机整体尺寸

BLDC 电机可能具有梯形或正弦反电动势 (BEMF) 特性。本文档专门介绍了具有正弦 BEMF 波形的 BLDC 电机的电机控制实现方案 (1)。请遵循以下电机控制原则：

  • 同步电机构造：永磁体被牢牢固定在旋转轴上，生成了一个恒定的转子磁通。这个转子磁通通常具有一个恒定的磁通量。定子绕组通电后可产生旋转电磁场。为了控制旋转的磁场，有必要控制定子电流。
  • 根据机器的功率范围和额定速度，转子的实际结构会有所不同。永磁体适合于范围高达几千瓦的同步机器。为了获得更高的额定功率，转子通常由接通直流电的绕组组成。转子的机械结构是针对所需磁极的数量和所需的磁通梯度进行设计的。
  • 定子和转子磁通的交感产生了一个转矩。由于定子被牢固地安装在电机架上，而转子可自由旋转，因此转子的旋转将产生一个有用的机械输出，如图 2-1 所示。
  • 必须仔细控制转子磁场和定子磁场间的角度，以产生最大扭矩和实现较高的机电转换效率。为了实现这一目的，在同一转速和扭矩条件下，为了尽可能少地消耗电流，在关闭速度环路后需要使用无传感器算法进行微调。
  • 旋转中的定子磁场的频率必须与转子永磁磁场的频率相同，否则转子就会经历快速的正负扭矩交替。这会减少最优扭矩产出量，并且在机器器件上产生过多的机械抖动、噪声和机械应力。此外，如果转子因惯性而不能对这些摆动做出响应，那么转子的转动会偏离同步频率，并且对静止转子的平均扭矩（零扭矩）做出响应。这意味着机器会出现一种称为牵出 的现象。这也是为什么同步机器不能自启动的原因。
  • 转子磁场与定子磁场间的角度必须等于 90º 以获得最高的互扭矩产出量。为了产生正确的定子磁场，该同步需要知道转子位置。
  • 通过将不同转子相位的输出组合在一起，可将定子磁场设定为任一方向和强度以产生相应的定子磁通。

  1. 包括库概述、软件设置、硬件设置等。具有正弦 BEMF 波形的 BLDC 电机通常也称为永磁同步 (PMSM) 电机。

旋转的定子磁通和转子磁通之间的相互作用产生扭矩图 2-1 旋转的定子磁通和转子磁通之间的相互作用产生扭矩