STM32版FOC平衡小车

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项目简介

本项目是基于stm32f407做主控；mpu6050测姿态，int引脚产生200hz中断，读取得到俯仰角和角速率；2个mt6701磁编码器读取两个极数对为7的2805无刷电机角度，pwm波频率为10khz。车架是嘉立创cnc制造。
CUBEMX以及源码链接: https://pan.baidu.com/s/1nfYsNzxv2O_eDXpiLXu6ZA 提取码: 6666

项目功能

双轮自平衡
基于 MPU6050 姿态传感器，实现车体前后自平衡，支持 0° 静止站立。
手机蓝牙遥控
通过蓝牙串口（115200 bps）实时接收手机指令，支持：
- 前进/后退
- 原地左转/右转
四重闭环控制
由外到内：
1. 转向环（Turn）
2. 速度环（Velocity）
3. 直立环（Balance）
4. 电流环（FOC-d/q 轴）
载重行驶
经实测，可稳定承载 2 kg 负载并正常行驶。
调参与监控
预留 6 路按键调参，VOFA+、手机蓝牙2种方式实时查看波形。

项目参数

类别	参数
主控	STM32F407VGT6
驱动器	DRV8313 ×2
电机	2805 无刷电机 ×2，Pole-Pair=7
角度传感器	MT6701 磁编码器 ×2
IMU	MPU6050（DMP 中断）
电源	3节18650电池串联
开关频率	20 kHz（中心对齐 SVPWM）
电流采样	INA240A2（直连3相绕组）
通信接口	USART1 蓝牙、I²C1、SPI2/3
PCB 尺寸	100 mm × 70 mm 双层板
车架	嘉立创CNC一元打样

感谢伟大的嘉立创

原理解析（硬件说明）

原理解析

1. 系统框图

手机蓝牙 → 转向环 → 速度环 → 直立环 → 电流环 → SVPWM → DRV8313 → 无刷电机

2. 角度/电流获取

机械角度：MT6701 通过 SPI2/3 读取 14-bit 绝对位置，经 Motor_Pole_Pairs 转换为电角度。
三相电流：ADC1/2 注入通道 + TIM1/2 CH4 触发采样，经 INA240A2 放大后 Clarke 变换得到 Iα/Iβ。

3. FOC-SVPWM 核心

坐标变换
Clarke → Park → 反 Park → 反 Clarke → SVPWM
在 DQ 坐标系下仅需控制两个直流分量 Id, Iq，计算量小，响应快。
扇区判断
根据 Uα/Uβ 计算 UX,UY,UZ，查表得 1~6 扇区。
占空比计算
每扇区独立公式，中心对称调制，提升母线电压利用率 15%。

4. 四重闭环

环路	输入量	输出量	采样/执行周期
转向环	蓝牙转向指令	左右轮目标速度差	10 ms
速度环	编码器速度	目标车身倾角	10 ms
直立环	MPU6050 俯仰角	目标总电流 Iq	1 ms
电流环	Id/Iq 实测值	Ud/Uq 电压矢量	50 µs (20 kHz)

软件代码

1. 仓库结构

Core/
└─ Src/main.c // 初始化 + 主循环
└─ Src/myFOC_InterFace.c // 电机 API
└─ Src/myFOC_Hidden_Process.c// SVPWM、坐标变换
└─ Src/myBalanceCar.c // 直立/速度/转向环
└─ Src/myPID.c // 通用 PID
└─ Src/myMT6701.c // 磁编码器驱动
└─ Src/myMPU6050.c // IMU 驱动

2. 关键片段

main.c

/* 初始化 */
MT6701_Init(&MT6701_LEFT,  &hspi3, ...);
Motor_Init(&Motor_LEFT, &htim1, TIM_CHANNEL_1, ...);
PID_Init(&Balance_PID, 0.07f, 0.0f, 0.00014f);
PID_Init(&Velocity_PID, 0.028f, 0.036f, 0.0f);

/* 1 ms 中断：电流环 + SVPWM */
void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc == &hadc1) {
        FOC_SVPWM_CloseLoop_Current(&Motor_LEFT,  &MT6701_LEFT,  &ADC_LEFT,
                                    &LEFT_Q_Axle, &LEFT_D_Axle);
    }
    ...
}

/* 10 ms 中断：速度/转向环 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* tim) {
    if (tim->Instance == htim3.Instance) {
        Get_Velocity(&MT6701_LEFT);
        Velocity_PID_Control_Process(&Velocity_PID, &BC, 10.0f,
                                     &MT6701_LEFT, &MT6701_RIGHT);
        ...
    }
}



## 实物图