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Motor_v2/Robot_V2/sys/health.cpp
T
cbb 7c4aaa5ee6 feat(FOC): 优化FOC控制算法并修复多个控制环路问题
- 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
2026-09-01 02:46:25 +08:00

197 lines
6.4 KiB
C++
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/**
* @file sys/health.cpp
* @brief 系统服务与平台支持源文件
* @note 本文件仅补充 Doxygen 文档注释,不改变代码逻辑。
*/
#include "health.h"
#include "config.h"
#include "Can.h"
#include "FOC.h"
#include "adc.h"
#include "flash.h"
#include "motor.h"
#include <cmath>
extern sampler sampler;
extern CAN_transmiter CAN0_transmiter;
extern FOC_Controller FOC;
extern FlashEEPROM flashEEP;
// 全局热管理控制器单例:由 main 任务周期调用 update(),用于维护过热保护状态。
ThermalController thermalController; // 热量控制器初始化
/** @brief PROTECT_TIME 常量定义 */
constexpr u16 PROTECT_TIME = 6000; // 过热保护时间,单位*10ms
// 三相电流连续全部失效帧数(×10ms)阈值,达到后按过热关机处理
constexpr u16 CURRENT_ERROR_SHUTDOWN_COUNT = 100;
// 电压管理状态机:仅 power_manage() 慢速任务访问,文件内封装。
static VoltageState voltage_state = VoltageState::NORMAL;
static float last_vbus_slow = 0.0f; // 上次电压值(慢速任务用)
/**
** @brief 热能计算
** @param None
** @retval 热量值
*/
u32 ThermalController::update() {
#if GATE_DRIVER_DRV8323
// nFAULT 快速保护(低有效,1ms 轮询):GDF/UVLO/OTSD 等硬件故障
// → 立即封 PWM 并睡眠,锁存到 CAN 重新下发恢复命令为止。
// VDS 过流当前配置为"仅上报不动作",不会拉低 nFAULT,不在此误触发。
if (drv_nfault_active()) {
FOC.shut_down();
}
#endif
thermal_value = Q16_16_MUL(thermal_value, thermalRate);
// 添加温度积累
int drv_temp = (int)sampler.get_drv_temp();
int mcu_temp = (int)sampler.get_mcu_temp();
if (drv_temp == 255)
drv_temp = 0;
if (mcu_temp == 255)
mcu_temp = 0;
thermal_value += drv_temp * drv_temp + mcu_temp * mcu_temp;
if (remainingTime10Ms) {
// 过热停机状态
// 检查是否可以恢复
q16_16_t recovery_threshold =
Q16_16_MUL(thermal_capacity, recoveryRate);
if (thermal_value < recovery_threshold) {
remainingTime10Ms = 1; // 可以恢复工作
}
if (remainingTime10Ms == 1) { // 过热恢复
FOC.resume_from_thermal();
CAN0_transmiter.ThermalStatus = 0;
return --remainingTime10Ms;
}
return --remainingTime10Ms;
} else {
// 当前没有过热停机
// 添加电流热积累:取三相有效相的最大绝对值(热量与电流方向无关,
// 负半周同样发热)。采样失效帧(ERROR_ADC_VAL)不参与积累:
// 失效值 255 按 mA 参与平方运算会超出 int/u32 范围,热积累不可控;
// 三相持续全部失效说明采样链异常,按过热关机 fail-safe。
static u16 current_error_frames = 0;
const float raw_current[3] = {sampler.get_current('U'),
sampler.get_current('V'),
sampler.get_current('W')};
u32 currents[3] = {0, 0, 0};
bool valid[3] = {false, false, false};
for (u8 i = 0; i < 3; i++) {
if (raw_current[i] == ERROR_ADC_VAL) {
continue;
}
// get_current 已保证有效值 |I| ≤ MAX_CURRENT(40A),转 mA ≤ 40000
currents[i] = (u32)(fabsf(raw_current[i]) * 1000.0f);
valid[i] = true;
}
if (!(valid[0] || valid[1] || valid[2])) {
if (++current_error_frames >= CURRENT_ERROR_SHUTDOWN_COUNT) {
current_error_frames = 0;
FOC.shut_down_thermal();
remainingTime10Ms = PROTECT_TIME;
CAN0_transmiter.ThermalStatus = 1;
return remainingTime10Ms;
}
return thermal_value;
}
current_error_frames = 0;
// 找最大电流(mA,绝对值);个别相失效时用剩余有效相
u32 max_current = 0;
for (u8 i = 0; i < 3; i++) {
if (valid[i] && currents[i] > max_current) {
max_current = currents[i];
}
}
current_max = (u16)max_current;
// 平方运算先转 float:40A 档 40000²×10 超 int 范围,整数运算会溢出
const float imax = (float)current_max;
// 电流系数按"绝对值全周期"口径标定:取 fabs 后正负半周都积累,
// 交流负载下积累速度约为旧版(仅正半周)的 2 倍,故系数统一取旧值一半,
// 保持原实测触发时机不变;温度积累与恢复阈值不受此补偿影响。
if (current_max < 2000) {
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.000035f); // 计算当前电流热积累值
} else if (current_max > 3800) {
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.005f); // 添加当前电流热积累值
} else if (current_max > 3400) {
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.0025f); // 计算当前电流热积累值
} else if (current_max > 3000) {
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.0001f); // 计算当前电流热积累值
} else if (current_max > 2000) {
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.00005f); // 计算当前电流热积累值
}
}
if (thermal_value > thermal_capacity) {
FOC.shut_down_thermal();
remainingTime10Ms = PROTECT_TIME; // 过热停机
CAN0_transmiter.ThermalStatus = 1;
return remainingTime10Ms;
}
return thermal_value;
}
/**
** @brief 温度检测
** @param None
*/
void angsens_MG_check(void) {
bool MGH = gpio_input_bit_get(GPIOB, GPIO_PIN_10);
bool MGL = gpio_input_bit_get(GPIOB, GPIO_PIN_11);
CAN0_transmiter.MagStatus = MGH or MGL;
}
/**
* @brief 电压管理(低频任务,约10ms调用一次)
*
* 负责:
* 1. 执行Flash保存(阻塞操作,不能在高频循环中执行)
* 2. 状态恢复判断(基于基准电压的比例恢复)
* 3. 更新FOC的电源电压参数
*/
void power_manage(void) {
sampler.update_vbus_voltage();
float vbus = sampler.get_vbus_voltage();
// 更新FOC的电源电压参数:使用本周期刚采到的 vbus,避免上一拍电压滞后放大速度/电流耦合。
FOC.update_power(vbus);
last_vbus_slow = vbus;
// 如果快速检测已触发紧急关机,执行保存
if (FOC.emergency_shutdown) {
flashEEP.save_system_config(true);
FOC.emergency_shutdown = false; // 清除紧急关机标志
voltage_state = VoltageState::SHUTDOWN_SAVE;
return;
}
// 状态机处理
switch (voltage_state) {
case VoltageState::NORMAL:
// 正常状态:无需操作
break;
case VoltageState::SHUTDOWN_SAVE:
// 关机保存状态:检查是否可以恢复
// 恢复条件:电压恢复到基准电压的90%以上
if (FOC.vbus_reference > 0 && vbus > FOC.vbus_reference * VBUS_RECOVERY_RATIO) {
if (!FOC.thermal_shutdown) {
FOC.resume();
voltage_state = VoltageState::NORMAL;
}
}
break;
default:
break;
}
}