【MPS机器人挑战赛作品】适用关节电机的小型化FOC

当前项目为比赛评审项目，后期在该基础上进一步改进，可以参考：

• 包含设计文件原理图以及PCB图的完整工程文件，请参考嘉立创开源广场：STM32G431-MPS-COMPETITION-FOC - 立创开源硬件平台
• 包含代码的完整资料可以参考Github:Riven-Huang/MPS_FOC_STM32G431: 使用STM32G431重新设计了FOC

参加2025 MPS“智驱未来”机器人芯动力设计挑战赛，实现速度环，位置环，带载测试等功能。使用MP6539BGV（不太用的上MP6539GV的功能）作为驱动，一个IC集成三路PWM驱动，可以通过外部信号控制硬件是否发波。方便设计同时，满足高度集成化与可靠性要求。目前使用ACS725车规级霍尔传感器作为电流传感器（于V1.1于V2.1版本更换成运放形式）。使用MPS的电源管理芯片实现48V+15%的宽电压工作范围。

本系统MCU使用F280023C，初版本由于IO口资源紧张以及方便layout原因，没有预留串口和硬件SPI（用于加快MA600A的角度读取速度）等功能。F280023C本身具有CLB功能加速计算，且TI的DSP-C2000ware系列，对于电源特殊适配。可以方便的配置epwm触发ADC的SOC，保证同步。F280023C本身对于cos和sin等函数具有加速，计算这些三角函数时速度非常快。本系统设计20khz的ADC采样频率 = 控制频率 = epwm开关频率。ADC的SOC 处于epwm的低电平中心启动，保证干扰最小。

PS:要把30mins视频压缩到50MB真不容易

实际对一个周期主程序运行时间测量如下图所示，一个周期为系统运行周期50us，高电平为主程序运行时间。在当前主系统运行周期50us内，由于使用软件SPI非常耗费资源，于是我将原本的软件SPI代码，改成了寄存器寻址操作，勉强将其限制在了30us左右，保证了系统能够正常运行，而这终究不是长久之计，下一版本应当改正！。

系统介绍基本如上述所示，后续会在更新一下具体细节。测试视频放在附件中，分别测试了如下测试项！

1.第一段30mins带载测试

由于要把30mins视频压缩到50MB内 才能上传，视频画质糊成一坨了，我在这里截取几张关键点的图片放在这里方便查看一点，应要求把最后一个30mins的测试视频上传到B站了，视频链接如下：30mins load test_哔哩哔哩_bilibili     

----- 新做了一版更笔者认为更好的测试！放在了这段测试的下面，两端30mins带载测试都可以作为参考 -----

1.265rpm速度下：

2.刚开始运行时

3.运行30mins后

1.第二段30mins带载测试，流体测试

我选择了一种更科学的方法，去获得持续的稳定负载-借用风阻或流体，因为水的密度是空气的 800 倍，在此处更容易实现题目要求的输出水平。我选择用涡轮扇叶转动水体的方式进行测量，重新发布了一个视频。30mins 流体负载测试 更科学_哔哩哔哩_bilibili

下面进行等效关系换算，说明为什么这样测试是合理的：

原测试条件：

目标扭矩：1.96 Nm    计算过程：2kg×9.8×0.1m
目标转速：265 RPM
目标机械功率（输出）：P=T×n/9.55=1.96×265/9.55≈54.4W

还得算上一些机械损失和铜损，也就是说我们的功率要大于等于这个条件，才能达到在265rpm下持续输出1.96Nm力矩的等效效果。

那么用流体测试来等效有什么好处呢？：

1.首先，无论负载形式是提重物、摩擦皮带还是搅拌水流，只要电机在 265 RPM 时输出了 54.4 瓦 的机械功率，对于电机内部的线圈发热和磁钢退磁风险来说，物理效果是完全等效的。”

2.不选择别的通用方法，例如皮带摩擦法，提重物，点击对拖等是因为，首先没有多余相同的电机进行对拖；重力负载（提重物）很难连续做30分钟，需要反复升降；摩擦负载（皮带）会因为发热导致摩擦系数剧烈变化，阻力忽大忽小，数据不准。

3.而流体负载（水）是目前最稳定的负载。只要水位不变、扇叶形状不变，阻力就绝对恒定。这能保证30分钟内的热平衡测试更严谨、更具重复性。工业上叫做水力测功机。大型柴油机、船用发动机测试都是用搅水来测功率的。

4.调节水深，调节扇叶浸入水的深度，可以无级调节负载，在我这个水桶里，只需要增加水的深浅，就可以改变负载输出水平。