cbb
7c4aaa5ee6
- 重构cal_Iq_Id函数，移除电角度参数传递，改用预计算的sin/cos值 以避免重复三角函数计算，提升性能约15-300周期 - 修复角度同步Uq前馈学习中的运动方向判断逻辑，解决反转时的 震荡问题和正转正常反转震荡的根本原因 - 实现低速缩放因子函数get_mode3_velocity_scale，改进静摩擦 hunting抑制效果 - 优化电压检测逻辑，将阻塞式ADC读取改为连续模式零等待， 提升实时性能 - 修复初始化期间电压分母为零的问题，添加下限保护防止P增益 无穷大 - 实现PID控制器测量微分功能，消除目标阶跃时的微分冲击 - 改进积分抗饱和策略，添加外部饱和泄放功能，优化到位稳定 性能 perf(Filter): 优化中值滤波算法性能 - 针对ADC_FILTER_SIZE=6的固定场景实现最优排序网络， 用12次比较替代通用std::nth_element算法，显著提升性能 - 保留通用回退路径处理其他尺寸情况
339 lines
9.6 KiB
C++
339 lines
9.6 KiB
C++
/**
|
||
* @file Algorithm/FOC.h
|
||
* @brief 算法模块源文件
|
||
* @note 本文件仅补充 Doxygen 文档注释，不改变代码逻辑。
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||
*/
|
||
|
||
// 函数声明
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||
#ifndef _FOC_H
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#define _FOC_H
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#include "config.h"
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||
#include "pid.h"
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#include <cstdint>
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||
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||
/**
|
||
* @brief FOC_Controller 类或结构体
|
||
*/
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class FOC_Controller {
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||
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||
public:
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||
FOC_Controller();
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||
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||
// 初始化函数
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/**
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* @brief 初始化对象或模块
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* @return u8 返回值
|
||
*/
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u8 init();
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||
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||
u8 control_mode = 0;
|
||
float limit_voltage = 0.0f;
|
||
|
||
|
||
float target_angle = 0.0f;
|
||
float target_velocity = 0.0f;
|
||
float target_current = 0.0f;
|
||
|
||
|
||
float rt_angle = 0.0f;
|
||
float rt_velocity = 0.0f;
|
||
float rt_current = 0.0f;
|
||
|
||
bool over_current = false;
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||
bool voltage_error = false;
|
||
bool is_shut_down = false;
|
||
bool thermal_shutdown = false; // 过热关机标志
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||
bool emergency_shutdown = false; // 紧急电压跌落关机标志
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||
|
||
float voltage_power_supply = 24.0f; // 电源电压
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||
float v_safe = voltage_power_supply / 1.05f;
|
||
float duty_a = 0, duty_b = 0, duty_c = 0;
|
||
|
||
// 快速电压检测相关成员（基于跌幅检测）
|
||
float vbus_reference = 0.0f; // 基准电压（峰值检测，跟踪当前额定电压）
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||
float last_vbus_fast = 0.0f; // 上次电压值（快速检测用）
|
||
u32 vbus_drop_count = 0; // 电压跌落计数器（防抖）
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||
|
||
float cur_loop_p = DEFAULT_current_loop_p;
|
||
float vel_loop_p = DEFAULT_vel_loop_p;
|
||
float ang_loop_p = DEFAULT_angle_loop_p;
|
||
|
||
float vel_angloop_p = DEFAULT_vel_angloop_p;
|
||
float ang_angloop_p = DEFAULT_angle_angloop_p;
|
||
|
||
float ang_MIT_p = DEFAULT_angle_MIT_p;
|
||
float vel_MIT_p = DEFAULT_vel_MIT_p;
|
||
float cur_MIT_p = DEFAULT_current_MIT_p;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief velocity_open_loop 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float velocity_open_loop(void);
|
||
/**
|
||
* @brief angle_control 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float angle_control(void);
|
||
/**
|
||
* @brief angle_control_with_velocity_limit 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float angle_control_with_velocity_limit(void);
|
||
/**
|
||
* @brief MIT_Mode 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float MIT_Mode(void);
|
||
/**
|
||
* @brief velocity_control 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float velocity_control(void);
|
||
/**
|
||
* @brief current_control 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float current_control(void);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 更新 power 相关状态
|
||
* @param[in] voltage 参数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void update_power(float voltage);
|
||
/**
|
||
* @brief DFOC_alignSensor 函数
|
||
* @param[in] _PP 参数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void DFOC_alignSensor(int _PP);
|
||
/**
|
||
* @brief shut_down 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void shut_down(void);
|
||
/**
|
||
* @brief resume 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void resume(void);
|
||
/**
|
||
* @brief drv_stop 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void drv_stop(void);
|
||
/**
|
||
* @brief drv_hold 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float drv_hold(void);
|
||
/**
|
||
* @brief PWM_out 函数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
float PWM_out(void);
|
||
/**
|
||
* @brief shut_down_thermal 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void shut_down_thermal(void); // 过热关机
|
||
/**
|
||
* @brief resume_from_thermal 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void resume_from_thermal(void); // 过热恢复
|
||
/**
|
||
* @brief fast_voltage_check 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void fast_voltage_check(void); // 快速电压检测（100us周期调用）
|
||
|
||
// 齿槽转矩补偿
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||
bool cogging_comp_enabled = false;
|
||
float cogging_comp_scale = COGGING_COMP_SCALE;
|
||
float cogging_table[COGGING_TABLE_SIZE] = {0}; // 齿槽补偿表-正转 (mA)
|
||
float cogging_table_rev[COGGING_TABLE_SIZE] = {0}; // 齿槽补偿表-反转 (mA)
|
||
/**
|
||
* @brief 获取 get_cogging_compensation 对应的数据或状态
|
||
* @param[in] angle_el 参数
|
||
* @return float 返回值
|
||
*/
|
||
inline float get_cogging_compensation(float angle_el);
|
||
|
||
// === 校准相关（DEBUG，平时不启用）===
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||
// 启用方法：config.h 中 FOC_DEBUG 改为 1
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||
#if FOC_DEBUG
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volatile bool cogging_calib_request = false;
|
||
/**
|
||
* @brief 齿槽校准状态机入口，每个周期按当前状态派发到对应处理函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void calibrate_cogging_tick(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 处理齿槽校准空闲态，收到请求后保存现场并进入稳定等待态
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void start_cogging_calibration(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 处理齿槽校准稳定等待态，等待电机进入稳定低速运行
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void cogging_settling_tick(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 处理齿槽校准采样态，按分频周期累计每个电角度桶的电流
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void cogging_sampling_tick(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 处理齿槽校准停止态，等待停稳后完成本轮数据归一化
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void cogging_stopping_tick(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 处理齿槽校准完成态，生成补偿表并打印校准结果
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void cogging_done_tick(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 计算当前校准轮次的平均电流并去除直流偏置
|
||
* @return float 当前轮次直流偏置，单位 mA
|
||
*/
|
||
float process_cogging_run_data(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 切换到下一轮齿槽校准运行方向并重新进入稳定等待态
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void start_next_cogging_run(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 根据 3 次正转和 3 次反转采样结果生成最终补偿表
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void build_cogging_tables(void);
|
||
/**
|
||
* @brief 打印齿槽补偿表的人类可读角度/电流列表
|
||
* @param[in] title 表格标题字符串
|
||
* @param[in] table 待打印的补偿表
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void print_cogging_table(const char *title, float *table);
|
||
/**
|
||
* @brief 打印可直接复制回源码的齿槽补偿 C 数组
|
||
* @param[in] title 输出标题字符串
|
||
* @param[in] arrayName C 数组名
|
||
* @param[in] table 待打印的补偿表
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void print_cogging_c_array(const char *title, const char *arrayName,
|
||
float *table);
|
||
/**
|
||
* @brief CogCalibState 枚举定义
|
||
*/
|
||
enum class CogCalibState : u8 {
|
||
IDLE = 0,
|
||
SETTLING,
|
||
SAMPLING,
|
||
STOPPING,
|
||
DONE
|
||
};
|
||
CogCalibState cog_calib_state = CogCalibState::IDLE;
|
||
u8 cog_calib_run = 0;
|
||
u32 cog_calib_sample_count = 0;
|
||
u32 cog_calib_settle_tick = 0;
|
||
u32 cog_calib_stop_tick = 0;
|
||
u8 cog_calib_saved_mode = 0;
|
||
float cog_calib_saved_vel = 0;
|
||
static float cog_calib_run_data[6][COGGING_TABLE_SIZE]; // 3正+3反
|
||
static float cog_calib_accum[COGGING_TABLE_SIZE];
|
||
static u32 cog_calib_count[COGGING_TABLE_SIZE];
|
||
#endif // FOC_DEBUG
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||
|
||
// 此处默认值不作数
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||
// 注意：构造期 limit_voltage 尚为 0，分母一律用 voltage_power_supply(24V)，
|
||
// 否则 P 初始化为 +inf；运行期各模式每周期 set_P/set_PID 覆盖。
|
||
// 内环 output_ramp 保持原值：实测收紧到 2000 V/s 会在制动段引入相位滞后，
|
||
// 导致到位抖动，已回退。
|
||
PIDController vel_loop =
|
||
PIDController{DEFAULT_vel_loop_p * 100 / voltage_power_supply, vel_loop_Ki,
|
||
vel_loop_Kd, 10000, voltage_power_supply};
|
||
PIDController angle_loop =
|
||
PIDController{DEFAULT_angle_loop_p * 100 / voltage_power_supply, 100.0f,
|
||
0.02f, 10000000, voltage_power_supply};
|
||
PIDController current_loop = PIDController{
|
||
DEFAULT_current_loop_p * 100 / voltage_power_supply, current_loop_Ki,
|
||
current_loop_Kd, 1500, voltage_power_supply};
|
||
PIDController vel_inVelAngloop =
|
||
PIDController{DEFAULT_vel_angloop_p * 100, vel_angloop_Ki,
|
||
vel_angloop_Kd, 1e6, v_safe};
|
||
PIDController ang_inVelAngloop =
|
||
PIDController{DEFAULT_angle_angloop_p * 100 / voltage_power_supply,
|
||
ang_angloop_Ki, ang_angloop_Kd, 1e4, 100};
|
||
|
||
PIDController ang_inMITloop =
|
||
PIDController{DEFAULT_angle_MIT_p * 100 / voltage_power_supply, angle_MIT_Ki,
|
||
angle_MIT_Kd, 1e5, 100};
|
||
PIDController vel_inMITloop = PIDController{
|
||
DEFAULT_vel_MIT_p * 100, vel_MIT_Ki, vel_MIT_Kd, 1e9, 1000};
|
||
PIDController current_inMITloop = PIDController{
|
||
DEFAULT_current_loop_p * 100 / voltage_power_supply, current_loop_Ki,
|
||
current_loop_Kd, 1500, voltage_power_supply};
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief 更新 pid_limits 相关状态
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void update_pid_limits() {
|
||
vel_loop.limit = voltage_power_supply;
|
||
angle_loop.limit = voltage_power_supply;
|
||
current_loop.limit = voltage_power_supply;
|
||
vel_inVelAngloop.limit = voltage_power_supply;
|
||
}
|
||
|
||
protected:
|
||
float shaft_angle = 0;
|
||
float Ualpha, Ubeta = 0;
|
||
float v_half = voltage_power_supply * 0.5f; // 电源电压的一半
|
||
// 本周期电角度的 sin/cos：update_el_sincos() 每周期算一次，
|
||
// Park 变换与逆 Park 变换共用，避免同一角度算两次三角函数
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||
float el_sin = 0.0f;
|
||
float el_cos = 0.0f;
|
||
/**
|
||
* @brief 每周期计算一次电角度 sin/cos 供 Park/逆Park 共用
|
||
* @param[in] angle_el 电角度（度）
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
inline void update_el_sincos(float angle_el);
|
||
/**
|
||
* @brief 设置 setSVPWM_PhaseVoltage 对应的参数或状态
|
||
* @param[in] Uq 参数
|
||
* @param[in] Ud 参数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud);
|
||
/**
|
||
* @brief cal_Iq_Id 函数
|
||
* @param[in] current_a 参数
|
||
* @param[in] current_b 参数
|
||
* @param[in] current_c 参数
|
||
* @return float 返回值
|
||
* @note 电气角度三角函数用 update_el_sincos() 的预计算结果
|
||
*/
|
||
float cal_Iq_Id(float current_a, float current_b, float current_c);
|
||
float update_angle_sync_uq_feedforward(u8 mode, float table[],
|
||
u16 table_size, float mech_angle,
|
||
float target_vel, float actual_vel,
|
||
float velocity_error);
|
||
float get_mode3_velocity_p(float target_vel, float actual_vel);
|
||
float get_mode3_velocity_scale(float target_vel, float actual_vel,
|
||
float min_scale);
|
||
};
|
||
|
||
// 定义函数指针类型
|
||
typedef float (FOC_Controller::*FOCFunctionPtr)(void);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief calibrate_zero_position 函数
|
||
* @return void
|
||
*/
|
||
void calibrate_zero_position(void);
|
||
#endif |