感应异步电机的无传感器矢量控制，完整的C代码+仿真模型： 1. 基于“电压模型+电流模型”的磁链观测器，实现转子磁场定向控制（FOC），可实现电机在低速、中高速段的高精度的转速估算； 代码已经成功移植到DSP芯片（TMS320F28335）和STM32F107中，对一台额定功率为33kW的异步电机进行了无传感器矢量控制，波形和试验台架数据见下图。 2. 可实现电机带满载零速启动，抗负载扰动性强，响应速度快，控制精度高； 3. SVPWM空间电压矢量调制，定子电流波形的畸变率低； 4.采用S-Function的方式，把C代码直接在simulink下进行仿真，所见即所得！ 5.详细的算法原理推导，跟程序代码是完全对应的。

感应异步电机无传感器矢量控制软件

逐行级功能解读说明书（V2.0）

——写给需要“看懂代码在干什么”的人

一、阅读提示

本文不是“用户手册”，而是“代码导游图”。

我带你从 main.c 的第一行开始，沿着中断采样→坐标变换→磁链估算→速度估算→电流/速度双闭环→SVPWM 发波的完整路径，把“每一句 C 语句到底解决了什么问题”说清楚。

为了避免直接泄露可复制的核心源码，文中只保留“函数/宏的骨架”与“关键变量语义”，并用“…”代替具体运算式；同时把宏名、结构体字段、状态机标志全部保留，方便你在本地源码里 Ctrl+F 对标。

读完以后，你应该能在脑海里跑完一次 125 µs 的中断周期，并知道如果要把代码搬到 STM32H7 上，该改哪一行、该删哪一行、该留哪一行。

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二、main.c 的“一生”

main.c 在 PC 端是 S-Function，在 MCU 端就是中断服务函数。

它只干四件事：

1) 把 Simulink 输入端口里的 4 组信号（母线电压、三相电流、运行开关、测速脉冲）搬进 C 结构体；

2) 按固定顺序调用 11 个“宏状态机”，完成一次完整的 FOC 节拍；

3) 把 17 组输出端口填回去，供示波器或外部模式抓取；

4) 如果检测到故障，立即把 PWM 占空比清零并锁死。

下面按调用顺序拆给你看。

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三、采样与标定（第 1~20 行）

Input: uPtr0~uPtr3

Output: clarke1.As/Bs/Cs，volt1.DcBusVolt

功能：

• 三相电流先减去“离线校准得到的零漂”，再除以 BASE_CURRENT，变成 per-unit。
• 母线电压除以 BASE_VOLTAGE，得到 0~1.15 pu 的量。

注意：这里没有硬件滤波器，零漂在每次 Boot 时自动扫描 4 k 次取平均，存到 Flash 的 attribute((section(".eeprom"))) 区域；如果你换一块新板子，第一次烧录务必让电机静止 2 s。

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四、Clarke 变换（第 21 行）

宏名：CLARKE_MACRO(clarke1)

输入：As,Bs,Cs（瞬时值）

输出：Alpha,Beta（两轴静止坐标系电流）

代码层面只做了两次加法和一次乘法：

Alpha = As;

Beta = (As + 2Bs) 0.57735026918963f;

C 字段被直接展开成 inline，所以没有函数跳转开销。

如果你把采样频率从 10 kHz 提到 20 kHz，只需确认 MCU 的乘法器是单周期即可。

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五、Park 变换（第 22~25 行）

宏名：PARK_MACRO(park1)

输入：Alpha,Beta,Angle

输出：Ds,Qs（旋转坐标系电流）

关键点：

• Angle 不是机械角度，而是转子磁链角度 fe1.ThetaFlux，由磁链观测器在上一个周期算出。
• sine/cosine 值由自定义的 IQsinPU/IQcosPU 查 512 点表得到，Q15 格式，耗时 0.4 µs（F28335）。
• Park 变换完以后，Ds 对应励磁分量，Qs 对应转矩分量，后面两个 PI 环分别盯住它们。

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六、磁链观测器 ACIFE（第 26 行）

宏名：ACIFE_MACRO(fe1)

这是全代码最“长”的宏，也是低速大转矩的灵魂。

它内部拆成 4 段：

1) 电流模型：用转子方程递推出 FluxDrE，再把旋转坐标系磁链反 Park 回静止坐标系，得到 FluxDrS,FluxQrS。

2) 电压模型：用 U-alpha,U-beta 减去电阻压降，积分得到 PsiDsS,PsiQsS。

感应异步电机的无传感器矢量控制，完整的C代码+仿真模型： 1. 基于“电压模型+电流模型”的磁链观测器，实现转子磁场定向控制（FOC），可实现电机在低速、中高速段的高精度的转速估算； 代码已经成功移植到DSP芯片（TMS320F28335）和STM32F107中，对一台额定功率为33kW的异步电机进行了无传感器矢量控制，波形和试验台架数据见下图。 2. 可实现电机带满载零速启动，抗负载扰动性强，响应速度快，控制精度高； 3. SVPWM空间电压矢量调制，定子电流波形的畸变率低； 4.采用S-Function的方式，把C代码直接在simulink下进行仿真，所见即所得！ 5.详细的算法原理推导，跟程序代码是完全对应的。

3) 误差补偿：把电流模型当成参考，电压模型当成观测，两个 PI（Kp,Ki 在结构体里可调）输出补偿电压 UCompDsS,UCompQsS，再去修正电压模型的积分起点。

4) 转子磁链重构：用补偿后的定子磁链反算出 PsiDrS,PsiQrS，再用 atan2 算角度 ThetaFlux。

阅读提示：

• 所有积分都用梯形法，Psi = Psi + 0.5fTs(Emf_old + Emf)，防止纯欧拉积分发散。
• 角度输出的单位是“转/1”，即 0~1.0 对应 0~360°，方便后面直接查表。
• 如果你看到电机在 1 Hz 以下来回抖动，十有八九是这段的 Kp,Ki 太激进，先把它俩除以 4 再试。

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七、速度估算器 ACISE（第 27 行）

宏名：ACISE_MACRO(se1)

输入：PsiDrS,PsiQrS,ThetaFlux,IDsS,IQsS

输出：WrHat（pu 转速），WrHatRpm（rpm 转速）

原理：

• 先算转差 WSlip = (PsiDrSIQsS – PsiQrSIDsS) / (PsiDrS^2 + PsiQrS^2) * K1；
• 再算同步速 WSyn = (ThetaFlux – OldThetaFlux) * K2；
• 低通滤波后 WrHat = WSyn – WSlip。

陷阱：

• OldThetaFlux 必须延迟一个周期，否则同步速会提前一拍，造成 20 rpm 稳态误差。
• 当角度跨越 0/1 边界时，差分会突然跳 ±1.0，代码里用 if (delta > 0.9f) delta -= 1.0f; 做了保护。
• 高速区（> 150 Hz）如果采样抖动大，把低通滤波截止频率 fc 从 10 Hz 提高到 30 Hz，可抑制噪声。

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八、双闭环 PI（第 28~30 行）

宏名：PIMACRO(pispd)、PIMACRO(piid)、PIMACRO(piiq)

结构体字段：

Ref——给定；Fbk——反馈；Out——输出；Kp,Ki——参数；Umax,Umin——饱和限幅。

代码特点：

• 积分分离：当输出饱和时 ui 不再累加，防止退饱和积分 windup。
• 电流环限幅 0.95 pu，保留 5 % 母线电压裕量给 SVPWM 过调制。
• 速度环限幅 1.5 pu，允许 1.5 倍短时过载。

调参顺序：

先电流环（空载），再速度环（阶跃 20 % 额定速），最后满载零速启动。

如果电流环震荡，把 Kp 减半；如果速度环恢复慢，把 Ki 乘 1.5。

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九、反 Park 变换（第 31 行）

宏名：IPARK_MACRO(ipark1)

输入：Ds,Qs,ThetaFlux

输出：Alpha,Beta（静止坐标系电压）

注意：

• 这里 Ds 是 piid.Out，Qs 是 piiq.Out，已经包含解耦前馈。
• sine/cosine 与 Park 共用同一张表，节省 1 kB Flash。

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十、SVPWM 发波（第 32 行）

宏名：SVGENDQ_MACRO(svgen1)

输入：Ualpha,Ubeta

输出：Ta,Tb,Tc（0~1 占空比）

算法：

• 先判断扇区（1~6），再算三相占空比，最后插入死区。
• 死区时间 1.5 µs 固定，如果开关频率 > 16 kHz，在 Settings.h 把 DEADTIMENS 改小。
• 当调制比 > 1.05 时自动进入过调制，转矩波动略增但母线利用率提高 8 %。

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十一、相电压重构（第 33 行）

宏名：PHASEVOLT_MACRO(volt1)

功能：

• 用 Ta,Tb,Tc 和 Udc 反推三相绕组实际看到的电压 Valpha,Vbeta，供磁链观测器使用。
• 如果逆变器输出加了 LC 滤波，把 OutOfPhase 标志置 1，补偿 30° 相移。

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十二、故障保护（贯穿全周期）

标志位：

lsw——外部急停；

OverCurrent——峰值电流 > 1.8 pu；

OverVoltage——母线 > 1.15 pu；

Stall——速度给定 ≠0 但估算速 < 0.05 pu 持续 0.5 s。

一旦触发，把 Ta=Tb=Tc=0，同时 pi_spd.Ref=0，锁存到手动复位。

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十三、如何从 PC 仿真过渡到 MCU

1. 把 Settings.h 里的 ISR_FREQUENCY 改成目标板实际值（例如 10 kHz）。
2. 把 ACIM_MEX.m 注释掉，新建 main.c 的裸机入口：

  while(1){ ADCtrigger(); main(); PWMupdate(); }

1. 把 attribute((section(".eeprom"))) 的零漂变量，改成 MCU 的真正的 EEPROM 或 Flash 模拟。
2. 如果 MCU 没有硬件除法，把 ACIFECONSTMACRO 里的除法提前在 PC 端算好，做成常量表。
3. 把 512 点 sine 表 放进 Flash，用 const int16t _flash 修饰，节省 RAM。

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十四、常见坑与定位方法

• 零速抖动：先查 ACIFE.Kp,Ki，再查电流采样偏置是否校准。
• 高速掉速：把 ACISE.fc 提高，确认母线电压采样没有相位滞后。
• 启动反转 90°：ThetaFlux 初始值没有清零，确保上电 fe1.PsiDrS=1.0f, fe1.PsiQrS=0.0f。
• 电流环震荡：把 pi_id.Kp 减半，确认 Ts 与真实中断周期一致。
• MEX 编译失败：把 mex main.c 改成 mex -DMATLABMEXFILE main.c，避免链接 cg_sfun.h。

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十五、结语

通读下来，你会发现整份代码没有“神秘黑箱”：

采样 → 坐标变换 → 磁链/速度估算 → 双闭环 → SVPWM，每一句 C 语句都能在中断周期里找到硬件事件对应。

只要把宏一层层展开，就能看到电机电流如何在 125 µs 内完成一次“三相时域 → 两相静止 → 两相旋转 → 控制 → 反变换 → 三相占空比”的完整旅程。

理解了这段旅程，你再碰到任何 FOC 芯片库、任何“电机 Workbench”，都能一眼看出它背后藏的是不是同一套“双模型磁链观测 + 转差补偿”的灵魂。