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
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2026-09-01 02:46:25 +08:00
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+56 -12
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@@ -12,33 +12,55 @@
#include <cmath>
extern CAN_transmiter CAN0_transmiter;
// 微分项一阶低通离散系数:α = Ts / (τ + Ts)
constexpr float DERIV_LPF_ALPHA = TIME_SLICE / (DERIV_LPF_TAU + TIME_SLICE);
PIDController::PIDController(float P, float I, float D, float ramp, float limit)
: P(P), I(I), D(D), output_ramp(ramp) // PID控制器加速度限幅
,
limit(limit) // PID控制器输出限幅
,
error_prev(0.0f), output_prev(0.0f), integral_prev(0.0f) {}
error_prev(0.0f), output_prev(0.0f), integral_prev(0.0f),
measurement_prev(0.0f), derivative_filt(0.0f), deriv_init(false) {}
// PID 控制器函数
float PIDController::operator()(float error) {
// 测量微分版本:D 项对测量量而非误差微分,目标阶跃不再产生微分踢
float PIDController::operator()(float error, float measurement) {
// 首次调用只建立测量基线,避免 (meas-0)/Ts 的假微分尖峰
if (!deriv_init) {
measurement_prev = measurement;
deriv_init = true;
}
float d_raw = -(measurement - measurement_prev) / TIME_SLICE;
derivative_filt += DERIV_LPF_ALPHA * (d_raw - derivative_filt);
measurement_prev = measurement;
return step(error, D * derivative_filt);
}
// 公共计算路径:Tustin 积分 + 条件积分抗饱和 + 输出斜坡
float PIDController::step(float error, float derivative) {
// P环
float proportional = P * error;
// Tustin 散点积分(I环)
// 添加积分限幅,防止积分饱和
float integral =
integral_prev + I * TIME_SLICE * 0.5f * (error + error_prev);
// 将P,I,D三环的计算值加起来,与限幅比较得到未饱和/饱和输出
float output_unsat = proportional + integral + derivative;
float output = _constrain(output_unsat, -limit, limit);
// 抗积分饱和(条件积分):输出饱和且误差仍在推高饱和方向时冻结积分。
// 不用大增益反算回退——深饱和时(P 项单独超限幅)反算会把积分压成反号,
// 误差一缩小输出瞬间反向,实测表现为到位疯狂抖动/停不到位。
if (output != output_unsat) {
if ((output_unsat > limit && error > 0.0f) ||
(output_unsat < -limit && error < 0.0f)) {
integral = integral_prev; // 冻结:不再向饱和方向累积
}
}
integral = _constrain(integral, -limit, limit);
// D环(微分环节)
float derivative = D * (error - error_prev) / TIME_SLICE;
// 将P,I,D三环的计算值加起来
float output = proportional + integral + derivative;
output = _constrain(output, -limit, limit);
// 输出斜坡限制
// 简化的斜坡限制(单行逻辑)
if (output_ramp > 0) {
float max_delta = output_ramp * TIME_SLICE;
output = output_prev +
@@ -52,6 +74,25 @@ float PIDController::operator()(float error) {
return output;
}
/**
* @brief 外部饱和泄放积分:前馈叠加后超出限幅时调用
* @param[in] excess 超出限幅的部分(带符号)
* @return void
* @note 仅当积分与超限同号(积分在加剧超限)时泄放,且不泄过零点:
* 防止前馈导致的饱和把积分抽干成反号,到位段失去保持力。
*/
void PIDController::bleed_integral(float excess) {
if (excess > 0.0f && integral_prev > 0.0f) {
float bleed = ANTI_WINDUP_GAIN * excess;
integral_prev = (integral_prev > bleed) ? (integral_prev - bleed)
: 0.0f;
} else if (excess < 0.0f && integral_prev < 0.0f) {
float bleed = ANTI_WINDUP_GAIN * (-excess);
integral_prev = (integral_prev < -bleed) ? (integral_prev + bleed)
: 0.0f;
}
}
/**
* @brief 设置PID参数
*
@@ -93,6 +134,9 @@ void PIDController::reset() {
error_prev = 0.0f;
output_prev = 0.0f;
integral_prev = 0.0f;
measurement_prev = 0.0f;
derivative_filt = 0.0f;
deriv_init = false;
}
/**