arm_math.h、arm_const_structs.h 和 arm_common_tables.h

在 ​​FOC（Field-Oriented Control，磁场定向控制）​​ 中，arm_math.h、arm_const_structs.h 和 arm_common_tables.h 是 CMSIS-DSP 库的核心组件，用于实现高效的数学运算、预定义结构和查表操作。以下是它们在 FOC 控制中的具体应用场景：

以下的的函数名称可能不一致，但.H文件中可以找到；

​1. arm_math.h 的核心作用​​

这是 CMSIS-DSP 的核心数学函数库，提供了 FOC 控制所需的关键算法：

• ​​坐标变换​​：

  • ​​Clarke 变换​​：将三相电流（Ia, Ib, Ic）转换为两相静止坐标系（Iα, Iβ）
  • // 使用向量运算实现 Clarke 变换
    arm_clarke_f32(Ia, Ib, &Iα, &Iβ);
  • ​Park 变换​​：将静止坐标系（Iα, Iβ）转换为旋转坐标系（Id, Iq）。
  • // 使用三角函数（依赖 `arm_sin_f32` 或查表）
    arm_park_f32(Iα, Iβ, &Id, &Iq, angle);
  • 逆 Park 变换​​：将旋转坐标系（Vd, Vq）转换回静止坐标系（Valpha, Vbeta）。

• ​​三角函数计算​​：

  • Park/逆 Park 变换依赖正弦/余弦函数，可通过 arm_sin_f32 或查表（arm_common_tables.h）实现。

• ​​滤波算法​​：

  • 电流环或速度环的低通滤波器（如 arm_biquad_cascade_df2T_f32）。

• ​​PID 控制器​​：

  • 使用 arm_pid_f32 结构体实现电流环和速度环的 PID 调节。

​2. arm_const_structs.h 的预定义结构体​​

该头文件定义了复数、滤波器结构体等，简化了 FOC 中复杂数据结构的初始化：

• ​​复数运算​​：
• // 定义复数类型（用于 Park/逆 Park 变换中的复数乘法）
  typedef struct {
    float32_t real;
    float32_t imag;
  } complex32_t;
• 滤波器配置​​：
• 如二阶带通/带阻滤波器的预定义结构体，用于电流谐波抑制。

​3. arm_common_tables.h 的查表加速​​

该头文件包含预计算的查找表（Lookup Tables），用于减少实时计算开销：

​​正弦/余弦表​​：

// 预先生成的正弦表（例如 1024 点）
extern const float32_t sin_table[1024];
extern const float32_t cos_table[1024];

• 在 Park 变换中直接查表代替 arm_sin_f32 或 arm_cos_f32，提升效率。
• 适用于资源受限的 Cortex-M4/M7 微控制器。

​​坐标旋转表​​：

预先计算的角度到旋转矩阵的映射，减少实时三角函数计算。

FOC 控制流程中的典型应用​​

1. ​​电流采样与 Clarke 变换​​：

   // 三相电流 → 两相静止坐标系
   arm_vector2d_f32(Ia, Ib, &Iα, &Iβ);

2. ​​Park 变换（使用查表或数学函数）​​：

   // 使用查表加速正弦/余弦计算
   float32_t sin_theta = sin_table[(int)(angle * 1024 / (2*PI))];
   arm_park_f32(Iα, Iβ, &Id, &Iq, angle);

3. ​​PID 调节（arm_pid_f32）​​：

   // 初始化 PID 结构体
   arm_pid_instance_f32 pid;
   arm_pid_init_f32(&pid);// 计算电流环输出
   arm_pid_f32(&pid, error, &output);

4. ​​逆 Park 变换与 PWM 生成​​：

   // 旋转坐标系 → 静止坐标系
   arm_unpark_f32(Vd, Vq, &Valpha, &Vbeta, angle);// 逆Clark变换 → 三相电压
   arm_vector3d_f32(Valpha, Vbeta, &Va, &Vb, &Vc);// 空间矢量调制（SVPWM）生成 PWM 信号

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​​优化建议​​

1. ​​定点 vs 浮点​​：

   • 若使用定点运算（如 q31_t），需调用 arm_math_q31.h 中的定点函数。
   • 浮点运算（float32_t）更易调试，但需确保 Cortex-M4/M7 的 FPU 支持。

2. ​​查表 vs 实时计算​​：

   • 查表法（arm_common_tables.h）可减少计算量，但需权衡内存占用。
   • 对于动态调整角度的应用（如无感 FOC），需实时更新查表索引。

3. ​​性能关键路径​​：

   • 将 Park/逆 Park 变换、PWM 更新等关键代码放在 DMA 中断服务例程（ISR）中，确保实时性。

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通过合理组合这些组件，可以高效实现 FOC 控制的核心算法，同时充分利用 ARM Cortex-M 处理器的 DSP 扩展能力。

库arm_cortexM4lf_math.lib包含以下文件：打包成了一个库：

添加到MDK:

只要添加1和2就在初始化时添加了FPU浮点数，

__FPU_PRESENT == 1在第二张图中已经自动添加；

__FPU_USED == 1在第三张图中添加；

添加DSP

c++选项中添加：宏定义中添加3,4,5