一、系统特点

1. 多类型电机全覆盖

(1) 支持直流有刷/无刷电机、步进电机（开环/闭环）、永磁同步伺服电机（PMSM）、舵机等6类电机实验；

(2) 覆盖工业主流电机类型，满足多样化学习需求。

2. 全栈式控制算法实践

(1) 集成FOC矢量控制、SVPWM、SPWM、PID、S型加减速等核心算法；

(2) 支持直线/圆弧插补、Modbus、CANopen通信协议等工业级技术。

3. 高精度硬件平台

(1) 基于STM32F407IGT6主控，配备24位ADC、16位DAC及隔离电路，抗干扰能力强；

(2) 符合C45国际标准设计，支持35mm导轨安装，适配工业场景。

4. 模块化扩展能力

(1) 配备编码器、霍尔传感器、触摸屏等丰富外设；

(2) 支持滑轨、多电机协同控制等复杂实验场景。

二、系统功能

1. 电机驱动与控制

(1) 直流电机（有刷/无刷）的方波、FOC驱动；

(2) 步进电机开环/闭环控制及插补算法；

(3) PMSM伺服电机的SVPWM、SPWM驱动。

2. 算法开发与验证

(1) 提供PID、FOC、SVPWM等算法实验框架；

(2) 支持速度/位置/电流闭环控制及多轴联动实验。

3. 工业通信与协议

(1) 集成Modbus、CANopen通信接口；

(2) 支持串口屏交互及多设备协同控制。

三、系统构成

1. 硬件模块

(1) 主控模块：STM32和DSP两款处理器，含隔离电路、ADC/DAC单元；

(2) 驱动模块：6类电机驱动单元（含57步进滑台、1000线编码器）；

(3) 传感模块：霍尔传感器、光电编码器、电流检测单元；

(4) 交互模块：7寸液晶触摸屏、按键及状态指示灯。

2. 软件资源

(1) 全套实验代码及算法库（FOC、PID、SVPWM等）；

(2) 上位机调试工具及通信协议解析软件。

四、基础实验例程

1. 矢量控制算法实验

(1) FOC磁场定向控制实验

① 电流环、速度环、位置环调试

② 基于Clarke/Park变换的磁场定向控制

③ 弱磁控制与MTPA（最大转矩电流比）策略

(2) PMSM伺服电机FOC实验

① 编码器高精度位置反馈与解耦控制

② 动态负载扰动下的抗饱和PID调节

2. 脉宽调制技术实验

(1) SPWM/SVPWM波形生成实验

① 三相逆变器SPWM调制与谐波分析

② SVPWM扇区划分与电压矢量合成

③ 死区时间补偿与波形畸变优化

(2) BLDC方波换向控制实验

① 霍尔信号六步换相逻辑实现

② 无传感器反电动势过零检测

3. 闭环控制算法实验

(1) PID多场景应用实验

① 位置环（步进电机微步细分+PID定位）

② 速度环（直流有刷电机抗负载波动调节）

③ 电流环（无刷电机力矩闭环控制）

(2) 高级PID变种实验

① 模糊PID自适应调速（动态调整Kp/Ki/Kd）

② 前馈补偿PID（抑制轨迹跟踪滞后）

4. 运动规划算法实验

(1) 步进电机运动控制

① 梯形加减速（恒加速度平滑启停）

② S型加减速（ jerk限制，减少机械冲击）

③ 直线/圆弧插补（多轴协同轨迹规划）

(2) 伺服系统运动控制

① 电子齿轮/电子凸轮同步控制

② 位置-速度-力矩三环联动调试

5. 先进控制算法实验

(1) 无传感器控制实验

① 高频注入法（PMSM初始位置辨识）

② 滑模观测器（BLDC无霍尔传感器控制）

(2) 自适应与智能控制

① 模型预测控制（MPC）电流优化

② 神经网络PID参数自整定

6. 通信与协同控制实验

(1) 工业协议集成

① Modbus RTU通信（电机状态远程监控）

② CANopen协议多节点协同（多电机同步控制）

(2) 多机协同算法

① 主从跟随控制（滑台+伺服电机联动）

② 交叉耦合补偿（双轴同步消差算法）

六、对课堂教学的补充及辅助

1. 通过PID调参、FOC算法移植等实验，将课本公式转化为可观测的控制效果。

2. 掌握Modbus、EtherCAT、CanOpen协议开发、伺服系统调试等企业级技能。

3. 开放算法库与硬件接口，支持自定义控制策略与拓展实验设计。

七、面向专业及课程

适用专业：自动化、电气工程、机械电子、机器人工程

核心课程：《电机与拖动》《现代控制理论》《运动控制系统》《机电一体化技术》

实训场景：本科、高职电机控制实验、科研项目算法验证、企业工程师技能培训