1. 课程导入与工业伺服系统全景
工业伺服系统是自动化装备的“肌肉与神经”：伺服驱动器接收运动控制器给出的位置、速度或转矩指令，驱动电机带动机械负载，同时通过编码器或旋转变压器把实际状态反馈回来，形成闭环。C2000 系列（如 TMS320F28379D、F28388D）在这条链路中通常承担实时运动控制核心的角色——它既产生 PWM 驱动功率级，又完成电流环、速度环、位置环的运算，还负责与上位机、PLC 或 EtherCAT 主站通信。理解这套系统的全景，是后续学习的基础。
典型拓扑：从电网到机械轴
一个完整的工业伺服轴可以拆成四段：功率变换段（整流、母线电容、三相逆变桥）、电机与传感段（永磁同步电机 PMSM、增量式/绝对值编码器、霍尔传感器）、控制与运算段（C2000 的 ADC、PWM、eQEP、CLA、C28x 内核）、通信与上位段（CAN、EtherCAT、SCI、上位调试工具）。C2000 位于控制与运算段，向下通过 PWM 和 ADC 与功率级交互，向上通过通信接口接收指令并回传状态。
以一台 400W PMSM 伺服轴为例：母线电压 310V DC，开关频率 10kHz，电流环采样率与 PWM 同步，速度环 1kHz，位置环 500Hz。C2000 的 ePWM 模块产生六路带死区的互补 PWM，ADC 在 PWM 中点触发采样相电流，eQEP 读取编码器 A/B/Z 信号计算电角度和转速。这些参数不是随意设定，而是由电机电气时间常数、机械惯量和控制带宽共同决定。
三环控制：C2000 的核心运算任务
伺服控制通常采用电流环、速度环、位置环三环嵌套结构。电流环频率最高（与 PWM 同步，10kHz），负责把 d/q 轴电流跟踪到指令值；速度环频率较低（1kHz），输出 q 轴电流指令；位置环最低（500Hz），输出速度指令。C2000 的 C28x 内核主频 200MHz，配合 CLA 协处理器，可以把电流环运算时间压缩到 2μs 以内，留出足够余量给通信和故障保护。
以电流环为例，关键步骤包括：ADC 采样两相电流 → Clarke 变换得到 α/β → Park 变换得到 d/q → PI 调节器计算电压指令 → 反 Park 变换 → SVPWM 生成占空比。每一步都涉及定点或浮点运算，C2000 的 FPU 和 TMU（三角函数加速单元）能显著降低 Park 变换的耗时。实际调试时，先确认 ADC 采样时刻与 PWM 中点对齐，再整定电流环 PI 参数，观察阶跃响应是否无超调、无稳态误差。
工具链与开发流程
开发环境以 Code Composer Studio (CCS) 为主，配合 C2000Ware 和 MotorControl SDK。典型流程是：先用 SysConfig 图形化配置引脚、时钟和外设，再编写控制算法，通过 CCS 的实时调试功能观察变量波形。调试时常用 DAC 输出内部变量（如 Iq_ref、Iq_fb），用示波器观察跟踪效果；也可以用 SCI 以 1Mbps 波特率打印数据到上位机。
关键参数与判断依据
伺服系统调试中，几个参数直接决定性能：电流环带宽通常设为开关频率的 1/10～1/5（10kHz 开关频率对应 1～2kHz 带宽）；速度环带宽约为电流环的 1/5～1/3；位置环带宽最低。判断电流环是否整定合适，可以看 q 轴电流阶跃响应：上升时间约 0.5ms，超调小于 5%，稳态误差接近零。如果出现振荡，先检查 ADC 采样是否被 PWM 噪声干扰，再降低 PI 比例增益。
编码器分辨率影响低速性能。2500 线增量式编码器经四倍频后为 10000 脉冲/转，在 1ms 速度环周期内，若电机转速为 1rpm，仅产生约 0.17 个脉冲，速度计算会明显量化。此时需要采用 M/T 法测速或提高编码器线数。C2000 的 eQEP 模块支持单位定时器锁存，可以在硬件层面辅助低速测量。