简介

主控板G431RB

主控板Nucleo-G431RB的核心是STM32G431RBT6，170MHz的主频、Cortex-M4内核，内置了硬件加速单元、运算放大器等等外设，在处理涉及大量三角函数运算的实时控制算法时，能显著减轻MCU的负担。板子和其他Nucleo系列一样，自带ST-LINK V3，调试非常方便；排针是按STM32 Morpho和 Arduino Uno 两种引脚布局设计的，方便设计通用扩展板。板载复位按键（黑色）和USER按键（蓝色），Workbench生成的代码中，电机启停就是通过USER按键控制的。

驱动板IHM16M1

驱动板X-Nucleo-IHM16M1是为STSPIN830电机驱动芯片设计的评估工具，这颗芯片支持7V~45V的宽电压输入，最大输出电流能力为1.5ARMS。本次使用的是灯哥DengFOC配套的12V、100kV、额定功率6W的小型云台电机做测试，可以用这块板子安全驱动。

板子内部集成了三路采样电阻和电流采样运放、电位器、热敏电阻等等，对于电流监测、过流、过热保护、调速等应用适配度高，同时，板子也预留了霍尔传感器的接口，可以外接霍尔传感器，适合用于FOC或者其他无刷电机驱动算法的学习。

堆叠后的开发套件如下图所示：

实验用电机的部分参数：

MCSDK的安装与使用

官网有提供免费使用的开发软件套件：X-CUBE_MCSDK安装包 登录MyST之后，下载所需要的软件版本。

下载完成后可以得到一个压缩包，安装步骤全程无坑，一直下一步就好了。因为我已经安装过一遍了，写测评文章的时候没有出现安装路径选择，这一步填写自己需要的安装路径即可。更具体的安装过程可以参考这篇文章：安装X-CUBE_MCSDK

安装后可以得到这两个软件： 其中Workbench是MCSDK配置和生成代码的主要工具，支持选择官方提供的开发板和电机，或者新建自己的开发板和电机；而Motor Pilot是MCSDK的上位机，连接串口后可以在软件内调节电机速度、调节电流速度曲线、修改PID参数、查看并记录各种数据的曲线等等功能，十分实用。

1.使用Workbench配置软硬件参数

首先打开MotorControl Workbench软件，软件界面如下图所示。可以通过右上角切换中英文，软件每次打开都默认使用英文。点击左上角的New Project 新建新项目。

点击中间的Board选择开发板套件（如果有配套电机，也可以直接选择左边的PACK选择IHM03完整的开发套件），分别查找得到IHM16M1和G431两块板子，选中并点击OK。

NUCLEO-G431RB开发板X-NUCLEO_IHM16M1扩展板

添加完主控板和驱动板之后的界面应如下图所示：

接下来添加电机：如果有跟驱动电机的参数相近的，可以直接选中，如果没有的话，可以复制一份，修改名称和参数。因为列表中没有和我这个电机参数相近的电机，所以我复制了BR2208电机并重命名为Deng2208。

按照实际测试的数据填入参数，填错不要紧，后面生成工程的时候可以修改。

填写完成后，点击Go To Summary到下一步总结页面：

这一页主要是选择驱动算法使用FOC还是六步，同时检查配置是否完善。确认无误之后点击Create创建工程。

创建后不会自动帮你保存到本地的，需要先点一下保存，防止意外发生。如果电机参数没有问题的话，这部分的配置不需要太多修改，只需要检查一下引脚配置是否无误即可。

引脚映射如下图所示。

可能需要修改的地方：

• VBUS检测，引脚改为ADC1_IN1(PA0)
• 

启停按钮和通信接口的修改在User Interface中修改，默认使用PC13作为用户按钮，USART2，1843200波特率作为通信的USART接口，通过ST-Link的虚拟串口与上位机连接。

如果需要修改电机参数，则在最顶部的Motor页修改。

MC Workbench会根据填入的电机参数，自动计算好电流环和速度环等等的PI(D)参数值，不需要手动调参。

值得注意的是，无感FOC速度环采用观测器，在低速下可能会因为无法准确估计转子位置失效，如果电机已安装霍尔传感器或正交编码器，建议启用有感模式以提升精度，电机配置中也有适配这两种编码器的选项。

2.生成代码和下载

保存一下，并点击Generate the Project生成工程文件夹和代码，工具链可以按照个人选择CubeIDE、Keil等等开发环境，界面设计还是很简明易懂的。

代码生成后需要打开工程文件去编译下载；并且每次重新修改参数和生成代码都需要很长时间，这一点不是很方便。如果能像TouchGFX那样集成自动烧录，并且生成代码时只替换修改的部分参数，效率会更高一些。 MC Workbench生成工程的文件结构和CubeMX生成的是高度相似的，我用的是CubeIDE v2.0.0，找到项目文件的路径如下图所示，与.stwb6文件同名文件夹->STM32CubeIDE->.cproject文件，即可打开CubeIDE的项目文件。

将G431开发板的USB口连接到电脑，编译并下载。一些IDE如果没有ST-Link驱动的话可能下载不了：STSW-LINK009

Motor Pilot上位机

打开Motor Pilot软件，选择Discover Board就可以进入电机控制软件界面。上位机和MCU之间采用的是UART通信，默认1843200波特率，以Workbench里设置的值为准。选择后会自动连接开发板串口，如果没连接上可以在上方选择对应串口并连接。

连接后的界面如下图所示：

此时可以按下开发板上的蓝色用户按钮启动电机，或者点击上位机左侧的Start启动电机。启动后滑动Speed Reference的滑块或者填写目标速度和时间，点击Execute Speed Ramp，可以改变电机速度。

点击Rev-up可以切换到电机启动的加速曲线界面，曲线和Workbench中设置的是一致的，不同点是这里修改之后不会永久保存在MCU的程序中，重启软件或者开发板就丢失了。

点击Advanced Configuration可以调整算法参数。

点击右上角左边的曲线图标，可以实时观测多个量的变化曲线，多次右键可以在同一坐标系中加入多条曲线，比如电流、电压、编码器速度等等。右上角右边的圆圈图标是Record记录功能，加入观测的变量之后会变成红色，点击就可以记录曲线了。

如果电机出现运行错误自动停下（如果是启动过程停下，通常是PI参数或者速度环观测器里面的G1/G2设置有问题，或者最开始的反电势常数填的有问题；如果是运行过程停下，可能就是速度太小，速度反馈误差太大报错），STatus会显示具体错误原因，点击高亮的问题可以跳转到帮助文档了解怎么解决。要让它重新运行需要点击Ack Fault响应错误，否则直接点启动是没有作用的。如果确定原本的参数有问题，可以在Pilot里面修改具体参数，多次试错；最佳参数需要搬到Workbench的设置里重新生成代码，因为Pilot和开发板重启后都会恢复默认值。

如果电机运行中出现错误并自动停机，Status会显示具体故障原因，目前遇到过的有下面两种情况：若在启动阶段停机，通常是因为电机设置的反电动势常数、转动惯量等等不准确，导致自动计算的PI参数、观测器中的G1/G2增益有问题；若在运行过程中停机，则可能是转速过低，速度反馈误差过大而触发保护，可以调整容错阈值解决。点击蓝色高亮的错误信息可跳转至帮助文档查看解决方案。要重新启动电机，必须先点击 “Ack Fault” 确认并清除故障状态，再点击启动，直接点Start或者按用户按钮是无效的。

点击蓝色高亮错误后跳转到解决文档（原文是英文，这里开了翻译插件）：

若确认错误是参数问题，或者运行效果不太满意，可在Pilot中临时修改并多次试错，注意Pilot的修改在开发板或软件重启后会恢复默认值。确定最佳参数后，最好将其填入Workbench的配置中并重新生成代码。

视频演示这边好像放不了，上传的GIF比较模糊

总结

总的来说，这套组合在中小功率的电机控制开发上提供了一个非常成熟的起点。硬件可靠，软件生态也给力，无论是做算法验证还是产品原型开发，都能少走很多弯路。尤其是对于不想把时间耗在搭驱动电路的开发者，这套开发套件性价比很高。