X-CUBE-MCSDK 6.3.2：HSO、ZeST、图形用户界面，为何电机控制从未如此简单过

2024年12月5日

随着意法半导体最新发布的X-CUBE-MCSDK 6.3.2上线，我们将深入探讨其固件库和图形用户界面 (GUI)，了解它如何助力电机控制应用的开发。该软件专为采用FOC（磁场定向控制）或六步算法的永磁同步电机 (PMSM) 和BLDC电机而设计，自2018年推出以来，它因帮助工程师加速解决方案上市而广受欢迎。例如，意法半导体的算法能够最大化效率并简化关键功能的实现，包括空调风扇的即时启动、单相分流的高性价比方案、洗衣机的弱磁控制，以及无传感器应用中的转子角度位置检测。
目录

• X-CUBE-MCSDK的最新亮点
•   HSO
•   ZeST
•   定期更新
• X-CUBE-MCSDK及其强大的固件架构
• X-CUBE-MCSDK及其灵活的图形用户界面
  

X-CUBE-MCSDK的最新亮点
HSO
多年来，X-CUBE-MCSDK持续引入新算法，如HSO（高灵敏度观测器），显著提升了BLDC电机和PMSM的性能。简而言之，HSO是一种磁场定向控制算法，让应用能够在无需传感器的情况下计算转子的位置和速度。对于如家用电器中低速运行的PMSM无传感器电机来说，HSO尤为重要，因为它能帮助制造商降低一个关键因素 - 成本。为了吸引新客户，制造商必须降低BOM，这就意味着不再使用传感器，而是使用性价比更高的MCU，如STM32G4。通过使用HSO，工程师能够满足这些限制。


ZeST
ZeST（零速全扭矩）是另一种优化无传感器电机运行的算法，让电机能够在完全停止状态下快速恢复工作。结合HSO，ZeST可以检测电机是否停止旋转并立即恢复运行。由于大多数应用无需知道电机是否已停止转动，因此开发人员通常只需使用HSO（该功能自X-CUBE-SDK 6.2版本起已提供）。但对于需要ZeST的应用，开发人员可以联系当地意法半导体代表，为他们的应用启用STM32 ZeST功能。


HSO和ZeST背后的理念并非新概念，资深工程师对锁相环 (PLL) 观测器这一技术并不陌生。这种技术（也可在X-CUBE-MCSDK中找到）能够在无需传感器的情况下确定转子的位置和速度。然而，HSO和ZeST的结合弥补了传统锁相环 (PLL) 观测器的不足，例如PLL在最低电机速度下无法正常工作的问题。此外，尽管HSO和ZeST算法非常先进，但它们利用了STM32G4的优势，无需占用过多CPU资源，同时还能缩短启动时间，避免产生高峰值电流，例如，在典型的洗衣机应用中可实现15%至40%的节能。


定期更新
X-CUBE-MCSDK定期更新以支持更多功能。在2024年9月推出6.3.1版之前，我们在2024年5月发布的6.3版本新增了对STM32C0（意法半导体的新入门级MCU）和STSPIN32G4等全新STSPIN32器件的支持。此外，该版本还引入了全新Board Designer工具，并增加了通过JSON配置用户开发板的功能，进一步简化了开发流程。尽管所有版本的X-CUBE-MCSDK都注重对传统功能的兼容支持，但其历代版本也不断引入新特性，例如BLDC六步算法、监控以及分析功能。简而言之，X-CUBE-MCSDK是一种创建电机控制应用程序的独特解决方案，它揭开了复杂概念的神秘面纱，使现代算法和开发范式变得更加易用。


X-CUBE-MCSDK及其强大的固件架构

电机控制库现已基于STM32Cube构建

新SDK的一大优势在于采用了全新的编程范式，确保开发人员能够获得更易于定制和调试的代码。在引入X-CUBE-MCSDK之前，部分库使用了继承自C++的面向对象编程概念，而新版本将这些库重写为更易于理解和优化的C代码。例如，新代码避免了C++中常见的void转换操作——这虽然是C++中常用来抑制编译器警告的方法，但往往会显著增加调试操作的复杂性。通过将库移植到C语言，开发团队能够更轻松地优化性能和效率。


因此，X-CUBE-MCSDK进行了重大的内部重构，并对SDK库进行了大规模的更新。实际上，以前的版本使用的旧代码已不再是STM32 MCU的标准代码。STM32Cube已成为在我们的微控制器上进行开发的实际标准解决方案。它提供硬件抽象层 (HAL)，提高了STM32 MCU之间的可移植性，并提供底层API、驱动程序和其他中间件组件，使ST生态系统更加易用和高效。X-CUBE-MCSDK引入了相同的标准库，因此熟悉STM32Cube的开发人员可以更加轻松地使用代码，并能够在不同项目之间复用大量应用代码。


X-CUBE-MCSDK及其灵活的图形用户界面

STM32CubeMX接口

尽管某些内部修改可能不易察觉，但新的SDK可与STM32CubeMX紧密配合使用。事实上，X-CUBE-MCSDK仍然依赖MC-Workbench，这是一款图形化工具，工程师可以通过它输入电机和传感器的参数，为其系统设置生成定制代码。当开发人员需要更改预选配置（如STM32的型号、引脚配置、时钟配置）或为新的通信接口添加外设时，他们可以借助STM32CubeMX更轻松地为应用生成新代码。此外，他们还可以自由定制项目，并在STM32CubeMX生成的标签中添加自定义代码（例如额外的PID控制环路）。


意法半导体社区对STM32CubeMX配置工具非常推崇，因为它结合使用了STM32Cube库和直观的用户界面，可以快速生成头文件，从而简化开发人员的复杂设计任务。通过逐步的操作流程，开发人员可以轻松配置引脚、时钟树和外设，并解决资源冲突等问题。如果设计人员在电机控制应用的原型开发阶段决定更换另一款MCU，他们只需打开STM32CubeMX，即可快速移植之前在原MCU上的工作成果。因此，我们说X-CUBE-MCSDK为开发带来了全新的灵活性。


意法半导体团队已经在着手准备下一次更新。与此同时，研究电机控制解决方案的最佳起点是查看我们的专用维基百科页面，并在社区论坛中提问。维基百科页面能够指导用户如何在意法半导体开发板上运行示例应用程序，从而加速原型开发。它也是快速了解我们库实现方式的途径，因此可以作为项目开发的基础。例如，有关六步算法的页面可以帮助经验不足的工程师理解算法的工作原理，同时提供关于图形用户界面和兼容开发板的操作演示。


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能搞个套件试试，才有感觉

下载了相关的资料学习，正好我还有块G431的开发板，可以用来作实验。