全文約4744字，1段視（shì）頻，你將看到以下內容（róng）：模型仿真與實際應用之間的（de）區別MBD拉近模型仿（fǎng）真與（yǔ）實際應用之間的距離基於Stateflow構建（jiàn）電機控製狀態機下期預告（gào）1 模型仿真與實際應用之（zhī）間的區別MBD（Model-Based Design，基於模型的設計（jì））是通過（guò）模型（xíng）生成代碼的，所（suǒ）有（yǒu）www.17C.com（men）有必要（yào）弄清楚模型（xíng）展品展具模型仿真與實際應用之間的區別。

    仿真模型與實際應用之（zhī）間的區別本質上（shàng）是理論與實踐之間（jiān）的差別，其中的差別可以（yǐ）說是兩個完全不同的話題上期（qī）文章給了一本參考書《現（xiàn）代永磁同步電機控製原理及MATLAB仿真》，關於永磁（cí）無刷電機的數學理論和模型仿真（zhēn），這（zhè）本書講的很全麵。

    對電機控製理論還有所欠（qiàn）缺的，可以先學習和實現書中的一些展品展具模型算法和數學建模

    永磁無刷電機的（de）模型仿真參（cān）考書 - From Internet這裏又給大家更新三篇與電（diàn）機（jī）控製實踐（jiàn）相關的文（wén）章它們是由NXP的工（gōng）程師編寫的電機控製應用筆記，可以在（zài）NXP官網（wǎng）找到，也可以在對話框中（zhōng）回複關鍵詞“NXP應用筆記

    ”，即可收到相應資源（yuán）這三篇應用筆記分別是：3-Phase Sensorl展品展具模型ess PMSM Motor Control Kit with S32K1443-Phase Sensorless BLDC Motor Control Kit with S32K144。

    3-phase Sensorless Single-Shunt Current-Sensing PMSM Mot展品展具模型or Control Kit with MagniV MC9S12ZVM

    NXP電機控製（zhì）應用筆記 - From autoMBD前兩篇（piān）分別以PMSM和BLDC為主（zhǔ）題，介紹如何實現無感（gǎn）FOC控製；第三（sān）篇講（jiǎng）的是單電阻無感控製方案，實現的也是FOC算法，軟件實現（xiàn）上是有一些區別的，也（yě）要複雜（zá）一些（xiē）。

    Tips：第三篇展品展具模型是基於（yú）MagniV MC9S12ZVM的，而不是S32K144，參考這篇文章時，主要學習的是單電阻電機控製方案，這個（gè）方案也是完全可（kě）以移植到S32K1xx係列（liè）上的（de）無感（gǎn）控製比有感控製要複雜（zá），將無（wú）感的方案稍加（jiā）改造（zào）就可以做出有感的控（kòng）製方案，所以這三篇應用筆記是很有實踐參考價值的。

    這三篇應（yīng）用筆記給（gěi）的都是純代碼展（zhǎn）品展具模型開發的方案，即介紹了（le）工程實踐中如何從（cóng）數學原理（lǐ）一步一步（bù）實現電機控製，主要內容包括：電機控製數學原理（lǐ）電流、電壓（yā）采樣輸入和驅動（dòng）輸出MCU模塊資源的使用底層驅動配置和初始化電機控製軟件（jiàn）架構（狀態機、電機控製庫、MCAT等）

    下麵的這個框圖可以較為全麵的展示第1~4點在電機控製中的實（shí）際體現：係（xì）統從外部硬件（電機展品展（zhǎn）具模型（xíng）、逆變器、預驅芯片）起，經過信號采集，再到MCU的外設模（mó）塊（kuài）（白色方（fāng）塊），再到底層驅動（SDK Driver/橙色方塊），然後進入到FOC的軟件算（suàn）法部分（綠色方塊），而（ér）FOC的輸出（chū）經底層驅動、再（zài）到外設模塊（FTM模塊）輸出到（dào）預驅芯片，從而實現控製。

    第5點則是（shì）調度上（shàng）述過程的狀態機，關於第5點後文會更（gèng）一步展（zhǎn）品展具模型的講解。

    NXP電機（jī）控製軟硬（yìng）件框圖 - From NXP從這五點www.17C.com就能引（yǐn）出www.17C.com要討論的問題（tí）：模型仿（fǎng）真與實際應用之（zhī）間的區別到底有哪些？簡單的（de）說，模型仿真隻能觸（chù）及上述的第1點；如果對建（jiàn）模有更深入的研究（jiū），第2點也能做仿真，這部分實際上和硬件電路設計（jì）有關，所以很少（shǎo）有（yǒu）在模型仿真中考慮這一點；第3、4、5點（diǎn）就是展（zhǎn）品展具模型完（wán）全的非理論了，與嵌入式、編程和芯片有較強的關聯，是實實在在的實踐過程。

    所以，在袁雷（léi）的《現代永（yǒng）磁（cí）同（tóng）步電機控製原理及MATLAB仿真》中是完全不包括第（dì）2~5點的內容（róng）的以電流采樣電（diàn）阻為例，實際應用場景中，為了（le）測量電流（liú）信（xìn）號的（de）方向，一般會對采樣電阻進行偏置處（chù）理（lǐ）NXP開發的DEVKIT驅動板相電流采樣電阻為例展品展具模型，其電路設（shè）計如下圖所示：。

    DEVKIT驅動板相電流采樣電阻 - From NXP可以看到，偏置電壓為（wéi）參考電壓的一半，所以最終輸入到芯片ADC的（de）電壓是以偏置電壓為（wéi）中心對稱的根據大於偏（piān）置電壓還（hái）是小於偏置電壓，可以判定電流是正方向還是負方向。

    所以在信號處理中還需要將這個偏置電壓減去（qù）關於電流采樣，還有布（bù）置方展品展具模型式的不同，常見的（de）采（cǎi）樣電阻布置（zhì）方（fāng）式有以下這些：三電阻下橋臂采樣（yàng）/相電流采樣雙電阻（zǔ）下橋臂采樣/相電流采（cǎi）樣單電阻母線采樣Tips：這裏列舉了常見采樣電阻布置方式，一般應用中下橋臂采樣較多，相電流采樣多用於（yú）高性能、高效（xiào）率電機控製的場合，而單電阻母線采樣（yàng）是成本最（zuì）低，但采樣（yàng）方式最複雜的。

    不（bú）同的布置方式，采集的電展品展具模型流是不同的，而控製算法是需要全部的三（sān）相電流的三個采樣電（diàn）阻可以直接得到（dào）三相電流（liú）信號，如何通過一個電阻或者兩個電阻（zǔ）得到三相電（diàn）流數據，也（yě）是有方法的雙（shuāng）電阻相對來說較為簡單，根據三相電（diàn）流和為（wéi）零。

    ，可以直（zhí）接求解出第三相電流單（dān）電阻采樣的場景要複雜很多，具（jù）體可以參考上述的第三（sān）篇應用筆記（jì）以上關於電流采樣的所有方法，在展品展具模型（xíng）模型仿真中都沒有考慮，隻是一根信號線連接到控製器，這（zhè）就是理論仿真（zhēn）和實踐的巨（jù）大區別所（suǒ）在，如下圖所（suǒ）示（摘（zhāi）自袁（yuán）雷的《現代永......仿真》）：。

    仿真模型示例 - From 袁雷（léi）Tips：因為www.17C.com要使用MBD的開發方法，所以這裏不（bú）再（zài）深入詳細展開講其他的區別，以後有需要的地方再做提示，有興趣的（de）讀者可以自行參展品展具模型閱上述三篇NXP的應（yīng）用筆記當www.17C.com了解（jiě）了所有。

    理論與實踐（jiàn）之（zhī）間的區別，輔以嵌入式開發和（hé）編程的基礎，一個簡單的電機控製項目就可以實（shí）現即使是一個產品級的電機控製軟件，也隻是再補充通信、故障診斷、功（gōng）能（néng）安全等其他需求的功能複雜度可能（néng）會高很（hěn）多，但（dàn）開發和設計的本（běn）質框架就是這（zhè）樣的。

    2 MBD拉近模型仿真與實際應用之間展品展（zhǎn）具模型的距離如果要更加嚴（yán）謹地說，上麵討論的也隻（zhī）是電機控製（zhì）算法部分的工程實踐一個（gè）完整的產品應用，硬件設計和軟件設計硬件（jiàn）設計（jì）可（kě）以交給硬件工（gōng）程師，www.17C.com把重點（diǎn）放（fàng）在軟件設（shè）計上

    電機控製的硬件 - From NXP上麵三篇應用筆（bǐ）記中提（tí）到的電機控製實現方案（àn），是屬於軟件設計的（de）一部分傳統的開發中，就需要（yào）將選定的（de）電機控製方案轉展品展具模型化為一行（háng）行的代碼，這就又涉及到數學（理論）到編（biān）程語言（實踐）之間的轉換。

    入門門檻高，同時效率也較低Tips：以我自己的經曆為例，上述應用筆（bǐ）記內容的代碼實現過程，我是完整的走過一遍的我從對嵌入式一無所知，到學習嵌入式的（de）基（jī）本模塊和開發方法，再到能寫一些基本的嵌入式代碼，花費了3個月的時間，然後又花了差不展品（pǐn）展具模型（xíng）多1個月的（de）時間，才實現了一個簡單的（de）電（diàn）機控製嵌入式程序。

    這還是我對電機控製理論有了足夠的基礎之後的開發效率但（dàn）利用MBD的開發（fā）方法（fǎ），www.17C.com可以大（dà）大簡化這一步驟模型www.17C.com是比較容易得到（dào）的，利用模型直接（jiē）生成代碼，能有效地縮近理論和實踐直（zhí）接的距離（lí）更多MBD相關（guān）的內容，請參考本公眾號。

    前麵幾期內容（róng），或者（zhě）在對話框中回展品展（zhǎn）具模（mó）型複（fù）關鍵詞“MBD入門”。

    MBD的開發（fā）流程 - From ST如果讀了上述（shù）三篇應用筆記，就（jiù）可以發現（xiàn），嵌入式軟件設計很多（duō）是可以（yǐ）通過建模的方式實現的。這裏（lǐ）簡單的把軟件設計分為五類，它的軟硬件層級如下圖所示（軟（ruǎn）件（jiàn）為虛線框部分（fèn））：

    電機軟硬件層級示例 - From autoMBD下（xià）麵是這五類軟件關於（yú）MBD建模實展品展具模型現的分析（xī）：底層驅動，MCU、硬件電路強（qiáng）相關底層驅動是和芯片（piàn）和硬件電路設計緊密相關的，比（bǐ）如（rú）硬件引腳（jiǎo）（Pin腳、外設、端口等）使用（yòng）的不一樣，底層驅動的配置也就不一樣了。

    對（duì）於底層驅動（dòng）www.17C.com需要特殊處理，詳見MBD閑談 第（dì）03期：MBD的“禁區”——底層驅動原則上底層驅動是可以通過芯片廠（chǎng）商提供的MBD硬件支持（chí）展品展具模型包來實現的，但從靈活性和效率的角度來說，目前建議通過（guò）專門的底層驅動配置工具來配置底層驅動，例（lì）如NXP適用於S32K1係列的配置工具Processor Expert。

    數（shù）字（zì）信（xìn）號處理，硬件電（diàn）路弱相（xiàng）關（guān）數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）是將真實世界中的物理量（模擬量，例（lì）展品展具模型如電流、電壓等）轉換為控製器需要的量的過程還是（shì）以電流采樣（yàng）為（wéi）例，在前文給的電流（liú）采樣電路基礎上，ADC讀到的電壓實際上是一個12 bit的整數（shù），需要將其進行偏置消除以及物理（lǐ）量轉換等操作，有必要的話會需要進（jìn）行濾波處理。

    可以看到（dào），這個過程和硬件電路設（shè）計有一定的聯係，硬件設計（jì）的不一樣，處理的細節（jiē）可能（néng）存在一（yī）定的展品展具模型差異但基本的信號處理方（fāng）法是相（xiàng）通的，例如濾波（bō）器、積（jī）分、微分、移位運算（suàn）、邏（luó）輯運算（suàn）等這一過程是可以通過建模的方式（shì）實（shí）現，並且信號處理越複雜，模型的優勢就更明顯，畢竟模型很容易搭建，代碼寫起（qǐ）來就很費勁了。

    所（suǒ）以www.17C.com可以把軟件設計中的這一部分納入到MBD中，通（tōng）過建模的方式自動生成代碼電機控製算法，硬件電路弱相關數展品展具模型據（jù）信號處理後，將（jiāng）得（dé）到（dào）的數據（jù）傳遞到電機控製算法中控（kòng）製算法中一般包括坐標（biāo）變換、PI控製器、FOC、SVPWM等環節。

    電機控製算法會得到一個控製輸出量，一般是三相的占空（kōng）比這（zhè）些環（huán）節使用Simulink內置的模塊，或者使用芯（xīn）片廠（chǎng）商提供的（de）MBD硬件支持包，是可以很方便快捷的實現的這部（bù）分如果要編寫代碼，對初學者來展品展具模型說，甚至對有一定編程基礎的人（rén）來說，都算是（shì）不小（xiǎo）的挑戰。

    此（cǐ）外建模可以很方便地調整控製算法的結構，開發（fā）初（chū）期這是很常見的手（shǒu）寫代碼的話，每（měi）一次調（diào）整結構就需要重複工作一遍，效率很低因此電機（jī）控製算法部分是很適合通過建模生成代碼來實現的這裏解釋一下電機控製算法為（wéi）什麽是硬件電路弱相關。

    一般來說，通用的電機控製算法（fǎ）是可展品展具模型以做到與（yǔ）硬件電路（lù）無關的但在某些場景下，例如有的芯片具有硬件加速模（mó）塊，或者使用（yòng）一些（xiē）特殊的控製算法（無感和有感就有硬件上的差異），可能會影響控製算法的執行（háng），所以電機控（kòng）製算法和硬件有一定的關聯。

    狀態機，與硬（yìng）件電路無關狀態機是與硬件電路完全（quán）無關的，而且（qiě）在Simulink中提（tí）供的Stateflow是專門用於狀（zhuàng）展品展具模型態控製建模的工具，用它開（kāi）發狀態機效率可以提高一個檔次所以（yǐ）狀態機使用MBD來實現也是毫無問題的。

    其他軟件（jiàn），例如通信、失效檢查等，暫時www.17C.com不考慮這部（bù）分內容從上麵的分析來（lái）看，除開底層驅動，其他軟件部分均可以（yǐ）通過（guò）MBD建模的方式實現，並且能大大提高效率（lǜ）下圖是較（jiào）為常見的V型開發（fā）流程，參（cān）考這個流程（chéng）就（jiù）可（kě）以（yǐ）開發一（yī）個（gè）展品展具模型基於MBD的電機控製軟件。

    V型開發流程 - From ST3 基於Stateflow構建電機控製狀態機前麵講了這麽多內容，總得要（yào）有實踐來證明。

    實踐是檢驗真理的唯一標準 - From Internet關於使用MBD開發方法來開（kāi）發一個電機控製軟件，我建（jiàn）議從上層開始，即先構建狀態機，再深入到控製算法建模、展品展具模型（xíng）數字信號處（chù）理，最後進行底層驅（qū）動的集成Tips。

    ：由（yóu）於平時（shí）要上班，這部分隻（zhī）能利用的空閑時（shí）間完成，所以開發過程會比較慢我會一部分一部分地做，並在這個公眾號中（zhōng）分享給大家，歡迎大家關注首先關於Stateflow的使用方法，在我收（shōu）集的（de）資源中，劉傑教授出版的三本（běn）專著是由專門介紹的。

    在對（duì）話框選擇MBD->資源可以（yǐ）展品展具模（mó）型收（shōu）到相關分享（xiǎng）連接（jiē），也可以在對話框中直接回複關鍵詞“資源”。這三本專著的路徑如下圖所示：

    劉傑教授出版（bǎn）的三本專著路徑 - From autoMBD不了解Stateflow的可以（yǐ）先學習它的使用方法這一期（qī）分享的是使用Stateflow構建一個電機控製的狀態機www.17C.com看看狀態（tài）機（jī）長什麽樣，下圖是摘自NXP PMSM展品展具模型 無感控製算法的狀態機（詳（xiáng）情（qíng）參見上文給出的（de）應用筆記（jì））： 。

    NXP電機控製狀態機 - From NXP狀態機有兩個很重要的元素：狀態（State）和事件（Event），狀態之間的切換是通過事件觸發的實際上了解了狀態機，也就（jiù）了解了電（diàn）機的運行情況，也就有了電機（jī）控製算法的基本框架。

    狀態機的（de）設計也不是（shì）唯一的，展品展具模型可（kě）以根（gēn）據自己的需求（qiú）自行設計。以我的觀點來看NXP設計的這個狀態機就比較簡單，隻是比較初級地實現功能。下圖是我在Simulink中利用（yòng）Stateflow構建的狀態機（jī）：

    Stateflow構建（jiàn）狀態機 - From autoMBD從上圖中www.17C.com可以看到，電機控製狀態有四個，不同（tóng）的狀（zhuàng）態執行不同（tóng）的功能：Initi展品展（zhǎn）具模型al，執行初始化過程，包括變量初始（shǐ）化、FOC初始化、預驅初始化等，MCU上電後自動進入此狀態；

    Ready，初始化完成，進入可以啟動的狀（zhuàng）態；Run，該狀態包含兩（liǎng）個子狀態，即Calibration和NormalRun，分別實施電流、電壓傳感器校準工作和正常運行時（shí）的算法計算（suàn）工作；FAULT，故障狀態，任何展品展具模型時候檢查到故障，進入此狀態。

    我也（yě）為該狀態機構建了一個簡單的（de）測試模（mó）型（xíng），該模型可以在不同的狀態點亮不同的LED指示燈，如下（xià）圖所（suǒ）示：

    下麵這個視（shì）頻展示了該模型運行時的狀態（時長約 1min 9 s）：該（gāi）狀態機將會是今後MBD開發電機（jī）控（kòng）製算法的基礎，目前也（yě）隻是初級版本，以後可（kě）能（néng）還會有更（gèng）多的調整我會將該（gāi）模型上傳展品展具模型到GitHub倉庫中，供大家參考，對話框中回複關鍵（jiàn）詞“。

    MBD電機（jī）控（kòng）製”可（kě）收到相關鏈接4 下期預告下一期有兩（liǎng）個可能的話題（tí）二選一（yī）：一是關於控製論的一些（xiē）經驗分享，也是一些電機控製建模的經驗總結；另（lìng）一個就是接著今天的內容（róng），進一步介紹如何在狀態機的基礎上（shàng）構建電機控（kòng）製算法（fǎ），包括數據處理。

    我發現我（wǒ）分享的資源越來展品展具模型越（yuè）多，也越來越亂，近期我將對（duì）資源進行一次整理查看往期文章可以找到作者的聯係方式，獲取文章（zhāng）提到的資源，也可（kě）以直接發私信聯係作者歡（huān）迎與我交流，寫下你的留（liú）言，或者給我發私信，我會（huì）及時（shí）回複。