4. 电流闭环控制与力矩控制实现

任务目标

本案例基于InstaSPIN-FOC方案，在LaunchPad+BOOSTXL-DRV8301硬件上完成电流闭环配置，实现力矩控制模式。通过给定iQRef电流指令，使电机输出与指令成正比的电磁力矩，并验证电流环跟踪性能。

硬件与软件环境

• 硬件：LAUNCHXL-F28069M + BOOSTXL-DRV8301 + 低压永磁同步电机（如HPMSM套件）
• 软件：CCS 6.2+，MotorWare SDK（含InstaSPIN-FOC库）
• 关键工程：proj_lab10（力矩模式示例，基于lab02电流环）

实现原理

InstaSPIN-FOC通过估算转子角度实现磁场定向。电流环在d/q同步旋转坐标系下运行：iDRef通常置0（表贴式PMSM），iQRef与电磁力矩成正比（Te = 1.5·p·λ_f·iq）。本案例将速度环输出断开，直接给定iQRef，使系统工作于纯力矩模式。

关键完整代码

在proj_lab10.c的主循环中，核心配置与力矩指令给定如下：

// 力矩模式配置：禁用速度环，直接给定电流指令
void torqueMode_Init(void)
{
    // 清除速度环积分与输出
    gSpeedCtrl.Out = 0;
    gSpeedCtrl.IntegratorOut = 0;

    // 将速度环输出旁路，力矩指令直接写入电流环
    gCurrentCtrl.Out = 0;  // 确保电流环初始输出为零
}

// 主循环中每ISR执行一次（频率10kHz）
void torqueMode_Update(float iqRef)
{
    // 电流环d轴指令：表贴式PMSM置0
    gCurrentCtrl.IqRef = iqRef;   // 力矩指令（A）
    gCurrentCtrl.IdRef = 0.0f;    // d轴电流指令为0

    // 使能电流环PI控制器
    gCurrentCtrl.En = 1;
}

// 在main()中调用示例：给定1.0A力矩电流
void main(void)
{
    // ... 初始化代码（省略，与lab10一致） ...

    torqueMode_Init();

    for(;;)
    {
        // 每ISR周期更新力矩指令
        torqueMode_Update(1.0f);   // 持续输出1A电流对应力矩

        // 监控变量：gCurrentCtrl.IqFbk（实际q轴电流）
        // 通过CCS Graph观察IqFbk是否稳定跟踪IqRef
    }
}

关键配置说明：

• 电流环PI参数在user.h中通过USER_PI_CURRENT_KP和USER_PI_CURRENT_KI定义，lab10默认值适用于大多数低压PMSM。
• 必须确保gMotorVars.Flag_enableSys置1使能系统，且电机已完成识别（lab02或lab05e）。
• 力矩模式下速度环输出被旁路，gSpeedCtrl.Out不参与电流环指令计算。

运行与验证方法

1. 编译并烧录proj_lab10工程，连接电机与驱动板。
2. 在CCS中打开Expression窗口，添加gCurrentCtrl.IqRef和gCurrentCtrl.IqFbk变量。
3. 运行程序，电机应静止（无速度指令），但输出恒定力矩（堵转或带负载）。
4. 使用CCS Graph工具观察IqFbk波形：

常见问题

• 电流振荡：降低电流环KP或增加KI，检查母线电压是否足够。
• 电机不转但无力矩：确认已使能PWM输出（gMotorVars.Flag_enableSys=1），且转子初始位置已正确估算。
• IqFbk持续为0：检查电流采样是否正常，确认DRV8301的电流放大增益配置与user.h一致。

通过以上配置，系统即工作于纯力矩模式，电流指令iQRef直接控制电机输出力矩，满足案例目标要求。