变压变频（V/f）电机控制程序

目标：不用复杂 FOC，只用 V/f 开环控制，实现电机平滑调速。

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一、控制原理

频率 ↑ → 电压 ↑，保持 V/f ≈ 常数

\(\frac{V}{f} = \text{Const}\)

适用于：

• 三相异步电机（最常用）
• PMSM（开环弱磁前）
• 风机 / 水泵 / 传送带

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二、系统结构

STM32
 ├─ TIM1（高级定时器）
 │   ├─ 三路 PWM（U/V/W）
 │   └─ 死区控制
 ├─ ADC（母线电压采样）
 └─ 主循环
     └─ 根据目标频率计算 PWM 占空比

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三、关键参数定义

#define PWM_FREQ_MAX   20000   // PWM 载波频率 (Hz)
#define MOTOR_BASE_FREQ 50.0f   // 额定频率
#define MOTOR_BASE_VOLT 220.0f  // 额定电压
#define VOLT_PER_HZ     (MOTOR_BASE_VOLT / MOTOR_BASE_FREQ)

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四、V/f 计算函数

#include <math.h>

float Get_Vf_Voltage(float freq)
{
    float volt;

    if (freq < 1.0f)
        return 0.0f;

    // 线性 V/f
    volt = VOLT_PER_HZ * freq;

    // 弱磁区（可选）
    if (volt > MOTOR_BASE_VOLT)
        volt = MOTOR_BASE_VOLT;

    return volt;
}

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五、SPWM 生成（正弦 PWM）

1、正弦表

#define SIN_TABLE_SIZE 512
static uint16_t sin_table[SIN_TABLE_SIZE];

void SinTable_Init(void)
{
    for (int i = 0; i < SIN_TABLE_SIZE; i++) {
        sin_table[i] = (uint16_t)(
            (sin(2 * 3.1415926f * i / SIN_TABLE_SIZE) + 1.0f) * 0.5f * 1000
        );
    }
}

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2、更新 PWM（V/f 核心）

void Update_Vf_PWM(float freq)
{
    static uint32_t phase_u = 0;
    uint32_t step;
    float volt_ratio;

    if (freq < 0.5f) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, 0);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3, 0);
        return;
    }

    // 频率 → 相位增量
    step = (uint32_t)(freq * SIN_TABLE_SIZE / PWM_FREQ_MAX);

    // V/f 电压比例
    volt_ratio = Get_Vf_Voltage(freq) / MOTOR_BASE_VOLT;

    // 更新三相 PWM
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1,
        (uint16_t)(sin_table[(phase_u) % SIN_TABLE_SIZE] * volt_ratio));

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2,
        (uint16_t)(sin_table[(phase_u + 171) % SIN_TABLE_SIZE] * volt_ratio));

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3,
        (uint16_t)(sin_table[(phase_u + 342) % SIN_TABLE_SIZE] * volt_ratio));

    phase_u += step;
}

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六、定时器 PWM 初始化（STM32 HAL）

void MX_TIM1_Init(void)
{
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};

    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 0;
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1000;   // PWM 分辨率
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
    sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;

    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3);

    sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;
    sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;
    sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;
    sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 100;   // 死区时间（ns）
    sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;
    sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
    HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig);

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
    HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
}

参考代码 简单的电机控制程序，实现变压变频的功能 www.youwenfan.com/contentcnu/69804.html

七、主循环（最简单的 V/f 控制）

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_TIM1_Init();
    SinTable_Init();

    float freq = 5.0f;   // 初始频率 5Hz

    while (1)
    {
        // 缓慢加速
        if (freq < 50.0f)
            freq += 0.1f;

        Update_Vf_PWM(freq);

        HAL_Delay(50);
    }
}

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八、调试要点

先不加电机，用示波器看 UVW 波形
确认三相正弦、120° 相位差
死区时间 ≥ MOSFET 开关时间
低频电压补偿（防堵转）