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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+65 -19
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@@ -10,6 +10,8 @@
#include "FOC.h"
#include "adc.h"
#include "flash.h"
#include "motor.h"
#include <cmath>
extern sampler sampler;
@@ -19,11 +21,10 @@ 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 max 宏定义 */
#define max(a, b, c) \
((a) > (b) ? ((a) > (c) ? (a) : (c)) : ((b) > (c) ? (b) : (c)))
/** @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;
@@ -34,6 +35,14 @@ static float last_vbus_slow = 0.0f; // 上次电压值(慢速任务用)
** @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();
@@ -60,28 +69,65 @@ u32 ThermalController::update() {
return --remainingTime10Ms;
} else {
// 当前没有过热停机
// 添加电流热积累
u32 currents[3] = {(u32)(sampler.get_current('U') * 1000),
(u32)(sampler.get_current('V') * 1000),
(u32)(sampler.get_current('W') * 1000)};
// 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;
}
// 找最大电流(原始ADC值)
current_max = max(currents[0], currents[1], currents[2]);
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 += current_max * current_max * gapTimeMs *
0.00007f; // 计算当前电流热积累值
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 += current_max * current_max * gapTimeMs *
0.01f; // 添加当前电流热积累值
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 += current_max * current_max * gapTimeMs *
0.005f; // 计算当前电流热积累值
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 += current_max * current_max * gapTimeMs *
0.0002f; // 计算当前电流热积累值
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 += current_max * current_max * gapTimeMs *
0.0001f; // 计算当前电流热积累值
thermal_value += (u32)(imax * imax * gapTimeMs *
0.00005f); // 计算当前电流热积累值
}
}