From a26dd1cc8eed7757a92940cf7c4d523c93f4f3d8 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: cbb <2625274797@qq.com> Date: Mon, 9 Mar 2026 01:35:26 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?feat(can):=20=E5=A2=9E=E5=BC=BACAN=E9=80=9A?= =?UTF-8?q?=E4=BF=A1=E7=BC=93=E5=86=B2=E5=8C=BA=E7=AE=A1=E7=90=86=E6=9C=BA?= =?UTF-8?q?=E5=88=B6=20-=20=E5=AE=9E=E7=8E=B0=E5=BE=AA=E7=8E=AF=E7=BC=93?= =?UTF-8?q?=E5=86=B2=E5=8C=BA=E9=98=9F=E5=88=97=E7=AE=A1=E7=90=86CAN?= =?UTF-8?q?=E6=B6=88=E6=81=AF=E6=8E=A5=E6=94=B6=20-=20=E6=B7=BB=E5=8A=A0?= =?UTF-8?q?=E7=BC=93=E5=86=B2=E5=8C=BA=E6=BB=A1/=E7=A9=BA=E7=8A=B6?= =?UTF-8?q?=E6=80=81=E6=A3=80=E6=9F=A5=E5=87=BD=E6=95=B0=20-=20=E5=AE=9E?= =?UTF-8?q?=E7=8E=B0=E6=B6=88=E6=81=AF=E5=87=BA=E9=98=9F=E5=88=97dequeue?= =?UTF-8?q?=5Frx=5Fmessage=E5=8A=9F=E8=83=BD=20-=20=E5=9C=A8=E4=B8=AD?= =?UTF-8?q?=E6=96=AD=E5=A4=84=E7=90=86=E7=A8=8B=E5=BA=8F=E4=B8=AD=E6=B7=BB?= =?UTF-8?q?=E5=8A=A0=E6=B6=88=E6=81=AF=E5=85=A5=E9=98=9F=E5=88=97=E6=9C=BA?= =?UTF-8?q?=E5=88=B6=20-=20=E4=BC=98=E5=8C=96CAN=E6=B6=88=E6=81=AF?= =?UTF-8?q?=E5=A4=84=E7=90=86=E6=B5=81=E7=A8=8B=EF=BC=8C=E6=94=AF=E6=8C=81?= =?UTF-8?q?=E6=89=B9=E9=87=8F=E5=A4=84=E7=90=86?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit refactor(motor): 优化电机控制类结构和安全机制 - 重命名PID控制器参数变量名以提高可读性 - 添加过热关机标志位thermal_shutdown和相关处理函数 - 实现过热关机shut_down_thermal和过热恢复resume_from_thermal功能 - 调整关机逻辑,添加drv_stop调用确保电机完全停止 - 修正电流环控制中的占空比设置,改为单相保持 feat(motor): 实现FOC控制算法改进和零点校准功能 - 实现电机零点校准函数calibrate_zero_position用于位置补偿 - 修正FOC控制器中的电气角度计算,集成KTH7823校准角度补偿 - 新增d轴电流计算功能 - 重构PID参数初始化方式,使用统一的电压限制配置 - 更新SVPWM相电压设置算法,改进角度归一化处理 - 修改缺省扇区输出占空比从0.0f改为0.5f以提高稳定性 fix(control): 修复控制回路方向和频率计算问题 - 修正角度控制回路中的误差计算方向 - 修正开环速度控制中的频率参数使用 - 修正速度环控制中的误差计算方向 - 修正MIT模式下多级PID控制器的参数设置和误差计算 refactor(filter): 修正编码器速度计算算法 - 移除速度计算中的冗余乘法因子2 feat(pid): 扩展PID控制器功能 - 添加reset方法用于重置PID内部状态 chore(build): 更新开发工具版本和ADC配置 - 更新csolution版本至2.13.0 - 调整ADC采样时间配置以优化性能 --- Robot_V2/Algorithm/FOC.cpp | 218 ++++++++++------ Robot_V2/Algorithm/FOC.h | 60 +++-- Robot_V2/Algorithm/Filter.cpp | 2 +- Robot_V2/Algorithm/pid.cpp | 13 +- .../RTE/_Debug_GD32C103CB/RTE_Components.h | 2 +- Robot_V2/device/ADC.cpp | 2 +- Robot_V2/device/Can.cpp | 112 ++++++--- Robot_V2/device/Can.h | 20 +- Robot_V2/device/Timer.cpp | 236 +++++++++--------- Robot_V2/device/ang_sensor.cpp | 8 +- Robot_V2/device/ang_sensor.h | 2 + Robot_V2/main.cpp | 56 +++-- Robot_V2/sys/config.h | 85 ++++--- Robot_V2/sys/health.cpp | 11 +- 14 files changed, 514 insertions(+), 313 deletions(-) diff --git a/Robot_V2/Algorithm/FOC.cpp b/Robot_V2/Algorithm/FOC.cpp index dbd74ea..b6e06ae 100644 --- a/Robot_V2/Algorithm/FOC.cpp +++ b/Robot_V2/Algorithm/FOC.cpp @@ -7,6 +7,7 @@ #include "config.h" #include "motor.h" #include "pid.h" +#include "systick.h" #include #include #include @@ -24,11 +25,35 @@ extern CurrentKalman Current_kalman; #define constrain(value, min, max, target_min, target_max) \ ((value - min) / (max - min) * (target_max - target_min)) +// 校准步骤(代码模板) +void calibrate_zero_position(void) { + // Set_3Pwm(.25, 0, 0); // 起劲 + // delay_1ms(1000); + // KTH7823.update(); + + // // 改进校准算法:获取当前传感器角度并计算补偿值 + // float current_sensor_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); + // float electrical_angle = fmodf(current_sensor_angle * PP, 360.0f); // + // 计算当前电角度 + + // // 计算需要的补偿值,使得当前位置对应0°电角度 + // KTH7823.calibration_angle = -electrical_angle; + + // // 对补偿角进行归一化处理,确保在[-180, 180]范围内 + // KTH7823.calibration_angle = fmodf(KTH7823.calibration_angle + 180.0f, + // 360.0f); if (KTH7823.calibration_angle < 0) { KTH7823.calibration_angle + // += 360.0f; + // } + // KTH7823.calibration_angle -= 180.0f; + + // Set_3Pwm(0, 0, 0); // 停止 +} + // 通过Ia,Ib,Ic计算Iq,Id(目前仅输出Iq) inline float FOC_Controller::cal_Iq_Id(float current_a, float current_b, float current_c) { // 计算电气角度 - float angle_el = fmod(shaft_angle * PP, 360.0f); + float angle_el = fmod(shaft_angle * PP - KTH7823.calibration_angle, 360.0f); // Clarke变换 (使用三相电流) float I_alpha, I_beta; @@ -41,9 +66,11 @@ inline float FOC_Controller::cal_Iq_Id(float current_a, float current_b, arm_sin_cos_f32(angle_el, &sin_el, &cos_el); float I_q, I_d; I_q = I_beta * cos_el - I_alpha * sin_el; + I_d = I_beta * sin_el + I_alpha * cos_el; // 返回Iq值,乘以1000以转换为mA return Current_kalman.update(I_q * 1000 - KE_FACTOR * rt_velocity); + // return I_q * 1000 - KE_FACTOR * rt_velocity; } /** @@ -53,25 +80,16 @@ inline float FOC_Controller::cal_Iq_Id(float current_a, float current_b, */ u8 FOC_Controller::init() { motor_init(); // 电机驱动初始化 - vel_loop.set_PID(DEFAULT_vel_loop_p * 100 / voltage_power_supply, - vel_loop_Ki, - vel_loop_Kd); // 设置电机速度控制参数 - angle_loop.set_PID(DEFAULT_angle_loop_p * 100 / voltage_power_supply, - 100.0f, - 0.2f); // 设置电机角度控制参数 - current_loop.set_PID(DEFAULT_current_loop_p * 100 / voltage_power_supply, - current_loop_Ki, - current_loop_Kd); // 设置电机电流控制参数 - vel_inVelAngloop.set_PID(DEFAULT_vel_angloop_p * 100, vel_angloop_Ki, - vel_angloop_Kd); // 设置电机速度控制参数 - ang_inVelAngloop.set_PID(DEFAULT_ang_angloop_p * 100 / voltage_power_supply, - ang_angloop_Ki, - ang_angloop_Kd); // 设置电机角度控制参数 + FOC.cur_loop_p = DEFAULT_current_loop_p * 100 / limit_voltage; + FOC.cur_MIT_p = DEFAULT_current_MIT_p * 100 / limit_voltage; + FOC.vel_loop_p = DEFAULT_vel_loop_p * 100 / limit_voltage; + FOC.vel_angloop_p = DEFAULT_vel_angloop_p * 100; + FOC.vel_MIT_p = DEFAULT_vel_MIT_p * 100; + FOC.ang_loop_p = DEFAULT_angle_loop_p * 100 / limit_voltage; + FOC.ang_angloop_p = DEFAULT_angle_angloop_p * 100 / limit_voltage; + FOC.ang_MIT_p = DEFAULT_angle_MIT_p * 100 / limit_voltage; - vel_inMITloop.set_PID(DEFAULT_ang_angloop_p * 100 / voltage_power_supply, - vel_MIT_Ki, - vel_MIT_Kd); // 设置电机角度控制参数 return 0; } @@ -126,14 +144,17 @@ inline void FOC_Controller::setPhaseVoltage(float Uq, float Ud) { } /** - * @brief 使用SVPWM算法设置电机输出(优化版) + * @brief 使用SVPWM算法设置电机输出 * * @param Uq: q轴电压 * @param Ud: d轴电压 */ inline void FOC_Controller::setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud) { - // 计算电气角度(保持原有角度单位和范围) - float angle_el = fmod(shaft_angle * PP, 360.0f); + // 计算电气角度 + float angle_el = shaft_angle * PP + KTH7823.calibration_angle; + + // 对电角度进行归一化,确保在[0, 360)范围内 + angle_el = fmodf(angle_el, 360.0f); // 帕克逆变换 float sin_el, cos_el; @@ -143,7 +164,7 @@ inline void FOC_Controller::setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud) { // 计算角度并归一化到 [0, 2π) float angle = atan2f(Ubeta, Ualpha); - if (angle < 0) + if (angle < 0.0f) angle += 2.0f * PI; // 扇区与局部角度 @@ -213,9 +234,9 @@ inline void FOC_Controller::setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud) { duty_c = 0.5f * T0 + T1; break; default: - duty_a = 0.0f; - duty_b = 0.0f; - duty_c = 0.0f; + duty_a = 0.5f; + duty_b = 0.5f; + duty_c = 0.5f; break; } @@ -224,12 +245,36 @@ inline void FOC_Controller::setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud) { } /** - * @brief 电机关机 + * @brief 电机关机(通用关机,不带原因标记) * */ void FOC_Controller::shut_down() { - is_shut_down = 1; + drv_stop(); motor_sleep(); + is_shut_down = true; +} + +/** + * @brief 过热关机 + * + */ +void FOC_Controller::shut_down_thermal() { + drv_stop(); + motor_sleep(); + is_shut_down = true; + thermal_shutdown = true; +} + +/** + * @brief 过热恢复 + * + */ +void FOC_Controller::resume_from_thermal() { + thermal_shutdown = false; + if (!voltage_error && !over_current) { + is_shut_down = false; + motor_resume(); + } } /** * @brief 占空比置0 @@ -246,7 +291,7 @@ float FOC_Controller::drv_hold() { } else if (HOLD_PWM_DUTY < 0.0f) { hold_pwm_duty = 0.0f; } - Set_3Pwm(hold_pwm_duty, hold_pwm_duty, hold_pwm_duty); + Set_3Pwm(hold_pwm_duty, 0, 0); return hold_pwm_duty; } /** @@ -283,17 +328,17 @@ void FOC_Controller::update_power(float voltage) { float FOC_Controller::velocity_open_loop() { // 通过时间间隔和目标速度计算需要转动的机械角度,存储在shaft_angle中,在此之前,还需要对轴角度归一化 shaft_angle = fmod(shaft_angle + target_velocity * REDUCTION_RATIO * 1.0 / - TIMER2_FREQUENCY, + MOTOR_FREQUENCY / 2, 360.0f); + // 获取电机轴角度 + float shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); + CAN0_transmiter.testfloat_union.f = shaft_angle; + rt_current = cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), + sampler.get_current('W')); // 因为在开环控制中,Ud始终为0,只控制Uq const float Uq = voltage_power_supply / 2.0f; - setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); - // CAN0_transmiter.testfloat_union.f = Uq; - // cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), - // sampler.get_current('W')); - return limit_voltage; } @@ -305,7 +350,7 @@ float FOC_Controller::velocity_open_loop() { */ float FOC_Controller::angle_control() { // PID 控制计算 - float Uq = angle_loop(target_angle - rt_angle); + float Uq = angle_loop(rt_angle - target_angle); // 获取电机轴角度 shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); @@ -316,6 +361,46 @@ float FOC_Controller::angle_control() { return shaft_angle; } +/** + * @brief 速度闭环控制 + * + * @param target_velocity: 目标速度 + * @return float: 当前速度 + */ +float FOC_Controller::velocity_control() { + // PID 控制计算 + float Uq = vel_loop((target_velocity - rt_velocity) * REDUCTION_RATIO); + CAN0_transmiter.testfloat_union.f = Uq; + + // 获取电机轴角度 + shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); + // 设置相电压 + setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); + rt_current = cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), + sampler.get_current('W')); + + return rt_velocity; +} + +float FOC_Controller::current_control() { + // PID 控制计算 + float Iq = rt_current = + cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), + sampler.get_current('W')); + float Uq = current_loop(target_current - Iq); + if (Uq > limit_voltage) { + Uq = limit_voltage; + } else if (Uq < -limit_voltage) { + Uq = -limit_voltage; + } + // 获取电机轴角度 + shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); + CAN0_transmiter.testfloat_union.f = shaft_angle; + // 设置相电压 + setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); + return 1; +} + /** * @brief 带速度限制的角度闭环控制 * @@ -327,6 +412,7 @@ float FOC_Controller::angle_control_with_velocity_limit() { // 计算角度误差 float angle_error = target_angle - rt_angle; + ang_inVelAngloop.set_P(ang_angloop_p); // 使用角度PID控制器计算目标速度 float target_velocity = ang_inVelAngloop(angle_error); @@ -339,13 +425,24 @@ float FOC_Controller::angle_control_with_velocity_limit() { } else { vel_inVelAngloop.set_P(vel_angloop_p); } - float Uq = vel_inVelAngloop(rt_velocity - target_velocity); + float Uq = vel_inVelAngloop(target_velocity - rt_velocity); + CAN0_transmiter.testfloat_union.f = Uq; + + // // 实现力度控制:如果电流超过目标电流,则限制输出 + // if (abs(rt_current) > abs(target_current)) { + // // 当实际电流超过目标电流时,减小输出以限制电流 + // // 可以采用比例限制或直接限制输出电压的方式 + // float current_ratio = abs(target_current) / abs(rt_current); + // if (current_ratio < 1.0f) { + // Uq *= current_ratio; // 按比例缩小输出电压 + // } + // } - rt_current = cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), - sampler.get_current('W')); // 获取电机轴角度 shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); - + // 获取当前实际电流值 + rt_current = cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), + sampler.get_current('W')); // 设置相电压 setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); @@ -363,13 +460,13 @@ float FOC_Controller::MIT_Mode() { // 第一层:角度环(外环) // 根据目标角度和实际角度的差值,通过角度环PID控制器计算目标速度 float angle_error = target_angle - rt_angle; + ang_inMITloop.set_P(ang_MIT_p); float target_velocity = - ang_inVelAngloop(angle_error); // 使用angle_loop作为角度到速度的映射 - CAN0_transmiter.testfloat_union.f = target_velocity; + ang_inMITloop(angle_error); // 使用angle_loop作为角度到速度的映射 // 第二层:速度环(中环) // 根据目标速度和实际速度的差值,通过速度环PID控制器计算目标电流 - float velocity_error = rt_velocity - target_velocity; + float velocity_error = (rt_velocity - target_velocity); vel_inMITloop.set_P(vel_MIT_p); float target_current = vel_inMITloop(velocity_error); @@ -380,7 +477,8 @@ float FOC_Controller::MIT_Mode() { // 通过电流环PID控制器计算输出电压 float current_error = target_current - rt_current; - float Uq = current_loop(current_error); + current_inMITloop.set_P(cur_MIT_p); + float Uq = current_inMITloop(current_error); // 获取电机轴角度 shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); @@ -390,37 +488,3 @@ float FOC_Controller::MIT_Mode() { return shaft_angle; } - -/** - * @brief 速度闭环控制 - * - * @param target_velocity: 目标速度 - * @return float: 当前速度 - */ -float FOC_Controller::velocity_control() { - // PID 控制计算 - float Uq = vel_loop((rt_velocity - target_velocity) * 25); - - // 获取电机轴角度 - shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); - // 设置相电压 - setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); - rt_current = cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), - sampler.get_current('W')); - - return rt_velocity; -} - -float FOC_Controller::current_control() { - // PID 控制计算 - float Iq = rt_current = - cal_Iq_Id(sampler.get_current('U'), sampler.get_current('V'), - sampler.get_current('W')); - current_loop.set_P(current_loop_p); - float Uq = current_loop(target_current - Iq); - // 获取电机轴角度 - shaft_angle = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); - // 设置相电压 - setSVPWM_PhaseVoltage(Uq, 0.0f); - return 1; -} \ No newline at end of file diff --git a/Robot_V2/Algorithm/FOC.h b/Robot_V2/Algorithm/FOC.h index 266c532..e2f525e 100644 --- a/Robot_V2/Algorithm/FOC.h +++ b/Robot_V2/Algorithm/FOC.h @@ -27,20 +27,23 @@ class FOC_Controller { bool over_current = false; bool voltage_error = false; bool is_shut_down = false; + bool thermal_shutdown = false; // 过热关机标志 + float voltage_power_supply = 24.0f; // 电源电压 - float v_safe = voltage_power_supply * 1.05f; + float v_safe = voltage_power_supply / 1.05f; float duty_a = 0, duty_b = 0, duty_c = 0; float Ua = 0, Ub = 0, Uc = 0; - float current_loop_p=DEFAULT_current_loop_p; + 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 vel_loop_p=DEFAULT_vel_loop_p; + float vel_angloop_p = DEFAULT_vel_angloop_p; + float ang_angloop_p = DEFAULT_angle_angloop_p; - float ang_angloop_p=DEFAULT_ang_angloop_p; - float angle_loop_p=DEFAULT_angle_loop_p; - - float vel_MIT_p=DEFAULT_vel_MIT_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; float velocity_open_loop(void); float angle_control(void); @@ -55,24 +58,35 @@ class FOC_Controller { void resume(void); void drv_stop(void); float drv_hold(void); + void shut_down_thermal(void); // 过热关机 + void resume_from_thermal(void); // 过热恢复 + void setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud); // 此处默认值不作数 - PIDController vel_loop = PIDController{vel_loop_p * 100, 0.0f, 0, 10000, - voltage_power_supply}; // 12V - PIDController angle_loop = PIDController{angle_loop_p * 100, 0, 0, 10000000, - voltage_power_supply}; // 12V - PIDController current_loop = PIDController{current_loop_p * 100, 0, 0, 1500, - voltage_power_supply}; // 12V - PIDController vel_inVelAngloop = - PIDController{vel_angloop_p * 100, 0, 0, 1e6, v_safe}; + PIDController vel_loop = + PIDController{DEFAULT_vel_loop_p * 100 / limit_voltage, vel_loop_Ki, + vel_loop_Kd, 10000, voltage_power_supply}; // 12V + PIDController angle_loop = + PIDController{DEFAULT_angle_loop_p * 100 / limit_voltage, 100.0f, 0.2f, + 10000000, voltage_power_supply}; // 12V + PIDController current_loop = PIDController{ + DEFAULT_current_loop_p * 100 / limit_voltage, current_loop_Ki, + current_loop_Kd, 1500, voltage_power_supply}; // 12V + PIDController vel_inVelAngloop = + PIDController{DEFAULT_vel_angloop_p * 100, vel_angloop_Ki, + vel_angloop_Kd, 1e6, v_safe}; PIDController ang_inVelAngloop = - PIDController{ang_angloop_p * 100, 0, 0, 1e4, 100}; + PIDController{DEFAULT_angle_angloop_p * 100 / voltage_power_supply, + ang_angloop_Ki, ang_angloop_Kd, 1e4, 100}; - PIDController ang_inMITloop = - PIDController{ang_angloop_p * 100, 0, 0, 1e4, 100}; - PIDController vel_inMITloop = - PIDController{vel_MIT_p * 100, 0, 0, 1e9, 6000}; + PIDController{DEFAULT_angle_MIT_p * 100 / limit_voltage, 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 / limit_voltage, current_loop_Ki, + current_loop_Kd, 1500, voltage_power_supply}; // 12V void update_pid_limits() { vel_loop.limit = voltage_power_supply; @@ -86,16 +100,14 @@ class FOC_Controller { float Ualpha, Ubeta = 0; float zero_electric_angle = 0; float v_half = voltage_power_supply * 0.5f; // 电源电压的一半 - float startup_ramp_val = 0.0f; // 软启动系数 - float startup_ramp_step = 0.01f; // 启动斜坡步长,可调节以控制启动速度 void setPhaseVoltage(float Uq, float Ud); - void setSVPWM_PhaseVoltage(float Uq, float Ud); float cal_Iq_Id(float current_a, float current_b, float current_c); }; // 定义函数指针类型 typedef float (FOC_Controller::*FOCFunctionPtr)(void); +void calibrate_zero_position(void); inline float _normalizeAngle(float angle); inline float _electricalAngle(); diff --git a/Robot_V2/Algorithm/Filter.cpp b/Robot_V2/Algorithm/Filter.cpp index a6d3a2c..9ca37ee 100644 --- a/Robot_V2/Algorithm/Filter.cpp +++ b/Robot_V2/Algorithm/Filter.cpp @@ -145,7 +145,7 @@ float EncoderAngleKalman::getVelocity() const { float vel = 0.0f; if (time_counts > 0) { vel = (angle_now - velocity_last_angle) * TIMER2_FREQUENCY / - time_counts * 2; + time_counts ; } velocity_last_angle = angle_now; diff --git a/Robot_V2/Algorithm/pid.cpp b/Robot_V2/Algorithm/pid.cpp index 213a1db..1bedb2e 100644 --- a/Robot_V2/Algorithm/pid.cpp +++ b/Robot_V2/Algorithm/pid.cpp @@ -76,4 +76,15 @@ void PIDController::set_P(float pp) { this->P = pp; } * @param limit: 输出限幅 * @return void */ -void PIDController::set_limit(float limit) { this->limit = limit; } \ No newline at end of file +void PIDController::set_limit(float limit) { this->limit = limit; } + +/** + * @brief 重置PID控制器状态 + * + * @return void + */ +void PIDController::reset() { + error_prev = 0.0f; + output_prev = 0.0f; + integral_prev = 0.0f; +} diff --git a/Robot_V2/RTE/_Debug_GD32C103CB/RTE_Components.h b/Robot_V2/RTE/_Debug_GD32C103CB/RTE_Components.h index 5b9eec1..4d6d49e 100644 --- a/Robot_V2/RTE/_Debug_GD32C103CB/RTE_Components.h +++ b/Robot_V2/RTE/_Debug_GD32C103CB/RTE_Components.h @@ -1,6 +1,6 @@ /* * CSOLUTION generated file: DO NOT EDIT! - * Generated by: csolution version 2.12.0+p41-gfeadfc5e + * Generated by: csolution version 2.13.0+p3-g40b6564e * * Project: 'Robot_V2.Debug+GD32C103CB' * Target: 'Debug+GD32C103CB' diff --git a/Robot_V2/device/ADC.cpp b/Robot_V2/device/ADC.cpp index 7a0ea2d..f980a31 100644 --- a/Robot_V2/device/ADC.cpp +++ b/Robot_V2/device/ADC.cpp @@ -81,7 +81,7 @@ void adc_config(void) { adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 6); /* 配置ADC规则通道 */ adc_regular_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_16, - ADC_SAMPLETIME_239POINT5); + ADC_SAMPLETIME_55POINT5); adc_regular_channel_config(ADC0, 1, ADC_CHANNEL_9, ADC_SAMPLETIME_28POINT5); adc_regular_channel_config(ADC0, 2, ADC_CHANNEL_3, ADC_SAMPLETIME_28POINT5); adc_regular_channel_config(ADC0, 3, ADC_CHANNEL_4, ADC_SAMPLETIME_28POINT5); diff --git a/Robot_V2/device/Can.cpp b/Robot_V2/device/Can.cpp index c548084..9f6a848 100644 --- a/Robot_V2/device/Can.cpp +++ b/Robot_V2/device/Can.cpp @@ -19,8 +19,6 @@ #include constexpr u16 CANX = CAN0; - -CAN_transmiter CAN0_transmiter; // CAN初始化 extern FOC_Controller FOC; extern sampler sampler; extern angle_sensor KTH7823; @@ -35,6 +33,51 @@ dma_parameter_struct dma_tx_parameter; uint8_t can_rx_buffer[8]; // CAN接收缓冲区 uint8_t can_tx_buffer[8]; // CAN发送缓冲区 +CAN_transmiter CAN0_transmiter; // CAN初始化 + +// CAN接收缓冲区相关函数实现 +/*! + \brief 检查CAN接收缓冲区是否已满 + \param[in] none + \param[out] none + \retval bool 返回true表示缓冲区已满,false表示未满 + \note 通过比较头指针的下一个位置和尾指针来判断缓冲区是否已满 + 使用循环缓冲区策略,当(rx_buffer_head + 1) % + CAN_RX_BUFFER_SIZE等于rx_buffer_tail时, 表示缓冲区已达到最大容量 +*/ +bool CAN_transmiter::is_rx_buffer_full() { + return ((rx_buffer_head + 1) % CAN_RX_BUFFER_SIZE) == rx_buffer_tail; +} + +/*! + \brief 检查CAN接收缓冲区是否为空 + \param[in] none + \param[out] none + \retval bool 返回true表示缓冲区为空,false表示缓冲区不为空 + \note 通过比较头指针和尾指针是否相等来判断缓冲区是否为空 +*/ +bool CAN_transmiter::is_rx_buffer_empty() { + return rx_buffer_head == rx_buffer_tail; +} + +/** + * @brief 从接收缓冲区中取出一条CAN消息 + * + * 该函数检查接收缓冲区是否为空,如果不为空则取出缓冲区队列头部的消息, + * 并更新队列尾部索引。如果缓冲区为空,则返回false。 + * + * @param message 引用类型的输出参数,用于存储取出的CAN接收消息结构体 + * @return bool 返回操作是否成功,true表示成功取出消息,false表示缓冲区为空 + */ +bool CAN_transmiter::dequeue_rx_message(can_receive_message_struct &message) { + if (!is_rx_buffer_empty()) { + message = rx_message_buffer[rx_buffer_tail]; + rx_buffer_tail = (rx_buffer_tail + 1) % CAN_RX_BUFFER_SIZE; + return true; + } + return false; +} + /*! \brief initialize CAN GPIO \param[in] none @@ -521,30 +564,32 @@ void CAN_transmiter::communication_check() { can0_send_flag = RESET; } - // CAN0 接收数据标志 - if (SET == can0_receive_flag) { - // printf("\r\n can0 %X receive data:", receive_message.rx_efid); - // for (i = 0; i < receive_message.rx_dlen; i++) { - // printf(" %02x", receive_message.rx_data[i]); + // 处理所有接收到的CAN消息(从环形缓冲区中) + can_receive_message_struct current_message; + while (dequeue_rx_message(current_message)) { + // printf("\r\n can0 %X receive data:", current_message.rx_efid); + // for (i = 0; i < current_message.rx_dlen; i++) { + // printf(" %02x", current_message.rx_data[i]); // } - if (receive_message.rx_efid == CANFD_CMD_ID) { + if (current_message.rx_efid == CANFD_CMD_ID) { // 控制模式 - FOC.control_mode = receive_message.rx_data[0]; + FOC.control_mode = current_message.rx_data[0]; // 目标电压限制 FOC.limit_voltage = - float(unpack_bytes_to_u16(receive_message.rx_data, 1)) / 1000; + float(unpack_bytes_to_u16(current_message.rx_data, 1)) / 1000; // 目标电流 target_current_union.f = - unpack_bytes_to_float(receive_message.rx_data, 3).f; + unpack_bytes_to_float(current_message.rx_data, 3).f; FOC.current_loop.set_limit(target_current_union.f); FOC.vel_inMITloop.set_limit(target_current_union.f); // 目标速度 target_velocity_union.f = - unpack_bytes_to_float(receive_message.rx_data, 7).f; + unpack_bytes_to_float(current_message.rx_data, 7).f; FOC.ang_inVelAngloop.set_limit(target_velocity_union.f); + FOC.ang_inMITloop.set_limit(target_velocity_union.f); // 目标角度 target_angle_union.f = - unpack_bytes_to_float(receive_message.rx_data, 11).f; + unpack_bytes_to_float(current_message.rx_data, 11).f; // 赋值 FOC.target_angle = target_angle_union.f; FOC.target_velocity = target_velocity_union.f; @@ -553,26 +598,26 @@ void CAN_transmiter::communication_check() { // 解析PID参数 float voltage = FOC.limit_voltage; // PID参数 - u16 P_config = unpack_bytes_to_u16(receive_message.rx_data, 15); - FOC.current_loop_p = DEFAULT_current_loop_p * P_config / voltage; + u16 P_config = unpack_bytes_to_u16(current_message.rx_data, 15); + FOC.cur_loop_p = DEFAULT_current_loop_p * P_config / voltage; + FOC.cur_MIT_p = DEFAULT_current_MIT_p * P_config / voltage; - P_config = unpack_bytes_to_u16(receive_message.rx_data, 17); + P_config = unpack_bytes_to_u16(current_message.rx_data, 17); FOC.vel_loop_p = DEFAULT_vel_loop_p * P_config / voltage; - - P_config = unpack_bytes_to_u16(receive_message.rx_data, 19); - FOC.angle_loop_p = DEFAULT_angle_loop_p * P_config / voltage; - FOC.ang_angloop_p = DEFAULT_ang_angloop_p * P_config / voltage; - - P_config = unpack_bytes_to_u16(receive_message.rx_data, 21); FOC.vel_angloop_p = DEFAULT_vel_angloop_p * P_config; FOC.vel_MIT_p = DEFAULT_vel_MIT_p * P_config; - } else if (receive_message.rx_efid == CANFD_RESET_ID) { - u8 first_byte = receive_message.rx_data[0]; - u8 eigth_byte = receive_message.rx_data[7]; + P_config = unpack_bytes_to_u16(current_message.rx_data, 19); + FOC.ang_loop_p = DEFAULT_angle_loop_p * P_config / voltage; + FOC.ang_angloop_p = DEFAULT_angle_angloop_p * P_config / voltage; + FOC.ang_MIT_p = DEFAULT_angle_MIT_p * P_config / voltage; + } else if (current_message.rx_efid == CANFD_RESET_ID) { + u8 first_byte = current_message.rx_data[0]; + u8 eigth_byte = current_message.rx_data[7]; // 电机重置 if (first_byte & 0x01) { motor_reset(); + testfloat_union.f = KTH7823.getcurrent_sensorangle(); } // EEPROM重置 if (first_byte >> 1 & 0x01) { @@ -593,16 +638,17 @@ void CAN_transmiter::communication_check() { app_prepare_deep_sleep(true); // CAN_Sleep(); } - } else if (receive_message.rx_efid == CANFD_VERSION_ID) { + } else if (current_message.rx_efid == CANFD_VERSION_ID) { // 处理版本号请求,发送当前系统版本信息 Version.sendVersionInfoViaCan(); - } else if (receive_message.rx_efid == CANFD_BOOT_ID) { + } else if (current_message.rx_efid == CANFD_BOOT_ID) { + motor_sleep(); flashEEP.save_system_config(false); fmc_unlock(); OTA_SET(n_APP_LATEST_EN_ADDR, OTA_NOT_AVAL); // 设置APP为不激活 fmc_lock(); jumpToBOOT(); - } else if (receive_message.rx_efid == 0x00000102) { + } else if (current_message.rx_efid == 0x00000102) { volatile u32 *flash_ptr = (volatile u32 *)n_APP_LATEST_EN_ADDR; u32 app_enable = *flash_ptr; flash_ptr = (volatile u32 *)n_APP_LATEST_CHECK_ADDR; @@ -614,9 +660,8 @@ void CAN_transmiter::communication_check() { CANFD_AsyncSend(CANFD_OTA_ACK_ID, 2, transmit_data); } } else { - printf("Unknown CAN ID: %X\n", receive_message.rx_efid); + printf("Unknown CAN ID: %X\n", current_message.rx_efid); } - can0_receive_flag = RESET; } } @@ -662,10 +707,11 @@ void CAN0_RX0_IRQHandler(void) { dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH4); // 读取接收到的数据 - can_message_receive(CAN0, CAN_FIFO0, &CAN0_transmiter.receive_message); + can_receive_message_struct temp_message; + can_message_receive(CAN0, CAN_FIFO0, &temp_message); - // 接收标志位置1 - CAN0_transmiter.can0_receive_flag = SET; + // 将接收到的消息加入环形缓冲区 + CAN0_transmiter.enqueue_rx_message_from_isr(temp_message); } // 检查其他可能的中断源 diff --git a/Robot_V2/device/Can.h b/Robot_V2/device/Can.h index 0b4c2f9..09beca5 100644 --- a/Robot_V2/device/Can.h +++ b/Robot_V2/device/Can.h @@ -71,6 +71,8 @@ void can_loopback_test(void); class CAN_transmiter { private: + static const uint8_t CAN_RX_BUFFER_SIZE = 8; // CAN接收缓冲区大小 + bool is_sleep = false; // 是否休眠 u8 Target_Control_Mode = 0; // 目标控制模式 @@ -100,16 +102,23 @@ class CAN_transmiter { u8 transmit_mailbox = CAN_NOMAILBOX; // 初始化为无mailbox状态 u8 transmit_data[64]; // CANFD最大64字节 + // CAN接收消息队列 + can_receive_message_struct rx_message_buffer[CAN_RX_BUFFER_SIZE]; + volatile uint8_t rx_buffer_head = 0; + volatile uint8_t rx_buffer_tail = 0; + void update(); // 更新数据 u8 CAN_Receive(); // CAN接收 u8 CANFD_Receive(); // CANFD接收 + bool is_rx_buffer_full(); + bool is_rx_buffer_empty(); + bool dequeue_rx_message(can_receive_message_struct& message); public: // 添加构造函数声明 u8 init(void); can_receive_message_struct receive_message; // 接收消息结构体 - FlagStatus can0_receive_flag; // CAN0接收标志 FlagStatus can0_send_flag; // CAN0发送标志 float_union_t testfloat_union = {0}; // 测试用 u16 test_u16 = 0; @@ -123,6 +132,15 @@ class CAN_transmiter { u8 CANFD_AsyncSend(u32 ID, u8 length, u8 *data); // CANFD异步发送(使用DMA) u8 CAN_all_Send(); // CAN发送 u8 CANFD_all_Send(); // CANFD发送 + + // 中断处理函数需要访问的公共接口 + void enqueue_rx_message_from_isr(const can_receive_message_struct& message) { + if (!is_rx_buffer_full()) { + rx_message_buffer[rx_buffer_head] = message; + rx_buffer_head = (rx_buffer_head + 1) % CAN_RX_BUFFER_SIZE; + } + // 如果缓冲区满,丢弃新消息 + } }; #ifdef __cplusplus diff --git a/Robot_V2/device/Timer.cpp b/Robot_V2/device/Timer.cpp index 828f338..c5377d5 100644 --- a/Robot_V2/device/Timer.cpp +++ b/Robot_V2/device/Timer.cpp @@ -9,7 +9,7 @@ #include "gd32c10x_timer.h" #include "initial.h" -volatile u32 total_us100_counter = 0; // 总计数器,每100微秒增加1 +volatile u32 total_us100_counter = 0; // 总计数器,每 100 微秒增加 1 extern u16 adc_value[7]; extern FOC_Controller FOC; extern TaskScheduler scheduler; @@ -17,25 +17,56 @@ extern CAN_transmiter CAN0_transmiter; // 添加系统运行时间计数器 extern u32 cnt_test; +// 任务调度查找表 - 每 100us 执行的任务 (1ms 周期内) +static const u32 task_schedule_100us[10] = { + (1u << TASK_MCU_TEMP_UPDATE), // 0: MCU 温度更新 + (1u << TASK_DRV_TEMP_UPDATE), // 1: 驱动温度更新 + (1u << TASK_VBUS_UPDATE), // 2: 电压更新 + 0, // 3: 空闲 + 0, // 4: 空闲 + 0, // 5: 空闲 + 0, // 6: 空闲 + 0, // 7: 空闲 + 0, // 8: 空闲 + (1u << TASK_CAN_TRANSMIT) // 9: CAN 发送 +}; + +// 任务调度查找表 - 每 1ms 执行的任务 (10ms 周期内) +static const u32 task_schedule_1ms[10] = { + (1u << TASK_THERMAL_CONTROL), // 0: 热量控制 + (1u << TASK_MAGNETIC_CHECK), // 1: 磁感应强度检测 + 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 空闲 +}; + +// 任务调度查找表 - 每 10ms 执行的任务 (100ms 周期内) +static const u32 task_schedule_10ms[10] = { + 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 当前无任务,预留扩展 +}; + +// 任务调度查找表 - 每 100ms 执行的任务 (1s 周期内) +static const u32 task_schedule_100ms[10] = { + 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // 当前无任务,预留扩展 +}; + /** * @brief 设置引脚中断优先级 * @return void * - *设置引脚中断优先级 + * 设置引脚中断优先级 */ void nvic_config(void) { - /* 设置NVIC优先级分组,1位抢占优先级,3位响应优先级 */ + /* 设置 NVIC 优先级分组,1 位抢占优先级,3 位响应优先级 */ nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); - /* 使能TIMER2中断,设置抢占优先级为1,子优先级为1 */ + /* 使能 TIMER2 中断,设置抢占优先级为 1,子优先级为 1 */ nvic_irq_enable(TIMER2_IRQn, 0, 1); nvic_irq_enable(TIMER1_IRQn, 0, 2); } /** - * @brief 配置定时器2-任务管理 + * @brief 配置定时器 2-任务管理 * @return void * - *配置定时器2,用于定时执行FOC控制、采样、CAN发送等任务 + * 配置定时器 2,用于定时执行 FOC 控制、采样、CAN 发送等任务 */ void TIMER2_config(void) { /* ---------------------------------------------------------------------------- @@ -46,21 +77,21 @@ void TIMER2_config(void) { */ timer_parameter_struct timer_struct; - /* 使能TIMER2时钟 */ + /* 使能 TIMER2 时钟 */ rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2); - /* 复位TIMER2外设到默认状态 */ + /* 复位 TIMER2 外设到默认状态 */ timer_deinit(TIMER2); - /* 初始化TIMER初始化参数结构体 */ + /* 初始化 TIMER 初始化参数结构体 */ timer_struct_para_init(&timer_struct); - /* TIMER2配置参数设置 */ + /* TIMER2 配置参数设置 */ timer_struct.prescaler = - TIMER2_PRESCALER; /* 预分频值:120分频(从0开始计数) */ + TIMER2_PRESCALER; /* 预分频值:120 分频 (从 0 开始计数) */ timer_struct.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE; /* 边沿对齐模式 */ timer_struct.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP; /* 向上计数模式 */ timer_struct.period = - TIMER2_PERIOD; /* 自动重装载值:100次计数(从0开始计数) */ - timer_struct.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; /* 时钟分频值:1分频 */ + TIMER2_PERIOD; /* 自动重装载值:100 次计数 (从 0 开始计数) */ + timer_struct.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; /* 时钟分频值:1 分频 */ timer_init(TIMER2, &timer_struct); /* 清除更新中断标志位 */ @@ -68,108 +99,85 @@ void TIMER2_config(void) { /* 使能更新中断 */ timer_interrupt_enable(TIMER2, TIMER_INT_UP); - /* 使能TIMER2 */ + /* 使能 TIMER2 */ timer_enable(TIMER2); } /** - * @brief 配置TIMER2-任务管理中断 + * @brief 配置 TIMER2-任务管理中断 * @return void */ void User_timer_init(void) { - /* 配置TIMER2 */ + /* 配置 TIMER2 */ TIMER2_config(); - /* 配置TIMER2中断 */ + /* 配置 TIMER2 中断 */ nvic_config(); } /** - * @brief TIMER2-任务管理中断处理函数 + * @brief TIMER2-任务管理中断处理函数 (优化版) * @return void + * @note 使用查找表替代多层 switch-case,减少代码复杂度和执行时间 + * 中断周期:50us + * - 每 50us: 电机控制任务 (角度、速度更新) + * - 每 100us: 传感器采样、CAN 通信 + * - 每 1ms: 热量控制、磁检 + * - 每 10ms/100ms/1s: 预留扩展任务 */ void TIMER2_IRQHandler(void) { - // 检查更新中断标志并处理 - if (timer_interrupt_flag_get(TIMER2, TIMER_INT_UP) != RESET) { - // 清除更新中断标志 - timer_interrupt_flag_clear(TIMER2, TIMER_INT_UP); + // 快速路径:检查并清除中断标志 + if (timer_interrupt_flag_get(TIMER2, TIMER_INT_UP) == RESET) { + return; + } + timer_interrupt_flag_clear(TIMER2, TIMER_INT_UP); - // 每50us执行一次的操作 - 电机控制 - scheduler.taskFlags |= - (1 << TASK_ANGLE_UPDATE) | (1 << TASK_VELOCITY_UPDATE); + // 固定任务:每 50us 执行电机控制 + scheduler.taskFlags |= (1u << TASK_ANGLE_UPDATE) | + (1u << TASK_VELOCITY_UPDATE) | + (1u << TASK_MOTOR_CONTROL); - // 使用标志位控制,每100us执行一次其他任务 - static bool isEvenCall = false; - isEvenCall = !isEvenCall; - - if (isEvenCall) { - // 每100us执行一次的操作 - 保持原有频率 - - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_MOTOR_CONTROL); - switch (total_us100_counter) { // 每1ms执行的代码,负载均衡 - case 0: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_MCU_TEMP_UPDATE); - break; - } - case 1: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_DRV_TEMP_UPDATE); - break; - } - case 2: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_VBUS_UPDATE); - break; - } - case 3: { - break; - } - case 9: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_CAN_TRANSMIT); - break; - } - } - - total_us100_counter++; - if (total_us100_counter > 9) { - total_us100_counter = 0; - // 可以添加每1ms执行的代码,无负载均衡 - static u8 ms1_counter = 0; - - switch (ms1_counter) { // 每10ms执行的代码,负载均衡 - case 0: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_THERMAL_CONTROL); - break; - } - case 1: { - scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_MAGNETIC_CHECK); - break; - } - case 2: { - break; - } - } - ms1_counter++; - if (ms1_counter > 9) { - ms1_counter = 0; - // 可以添加每10ms执行的代码,无负载均衡 - static u8 ms10_counter = 0; - ms10_counter++; - if (ms10_counter > 9) { - ms10_counter = 0; - // 可以添加每100ms执行的代码 - static u8 sec_counter = 0; - sec_counter++; - if (sec_counter > 9) { - sec_counter = 0; - // 可以添加每1s执行的代码 - } - } - } - } - } - } + // 每 100us 执行一次的任务(使用位运算替代布尔变量) + static u32 call_counter = 0; + call_counter++; + + if ((call_counter & 1u) == 0u) { // 偶数次调用(每 100us) + // 使用查找表设置 1ms 周期内的任务 + scheduler.taskFlags |= task_schedule_100us[total_us100_counter]; + + total_us100_counter++; + if (total_us100_counter >= 10u) { + total_us100_counter = 0; + + // 每 1ms 执行的任务 + static u32 ms1_counter = 0; + ms1_counter++; + if (ms1_counter >= 10u) { + ms1_counter = 0; + + // 每 10ms 执行的任务 + static u32 ms10_counter = 0; + ms10_counter++; + if (ms10_counter >= 10u) { + ms10_counter = 0; + + // 每 100ms 执行的任务 + static u32 ms100_counter = 0; + ms100_counter++; + if (ms100_counter >= 10u) { + ms100_counter = 0; + // 每 1s 任务预留位置 + } + scheduler.taskFlags |= task_schedule_100ms[ms100_counter]; + } + scheduler.taskFlags |= task_schedule_10ms[ms10_counter]; + } + scheduler.taskFlags |= task_schedule_1ms[ms1_counter]; + } + } } /** - * @brief TIMER1-PWM GPIO配置函数 + * @brief TIMER1-PWM GPIO 配置函数 */ void timer1_gpio_config(void) { // 时钟使能 @@ -178,7 +186,7 @@ void timer1_gpio_config(void) { rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1); - // TIMER1 GPIO初始化 + // TIMER1 GPIO 初始化 gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0); gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1); gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2); @@ -188,7 +196,7 @@ void timer1_gpio_config(void) { gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_0); gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_12); - /* 配置TIMER1完全重映射*/ + /* 配置 TIMER1 完全重映射*/ gpio_pin_remap_config(GPIO_TIMER1_FULL_REMAP, DISABLE); } @@ -199,13 +207,13 @@ void timer1_pwm_config(void) { timer_parameter_struct timer_initpara; timer_oc_parameter_struct timer_ocinitpara; - // 使能TIMER1时钟 + // 使能 TIMER1 时钟 rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1); - // 复位TIMER1 + // 复位 TIMER1 timer_deinit(TIMER1); - // 配置TIMER1基本参数 + // 配置 TIMER1 基本参数 timer_struct_para_init(&timer_initpara); timer_initpara.prescaler = TIMER1_PRESCALER; // 预分频器 timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP; // 向上计数 @@ -218,23 +226,23 @@ void timer1_pwm_config(void) { timer_ocinitpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE; timer_ocinitpara.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH; - // 配置三个通道为PWM模式 + // 配置三个通道为 PWM 模式 timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_0, &timer_ocinitpara); timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_1, &timer_ocinitpara); timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_2, &timer_ocinitpara); - // 配置第四个通道(CH3)用于在PWM周期x%位置触发中断 + // 配置第四个通道 (CH3) 用于在 PWM 周期 x% 位置触发中断 timer_ocinitpara.outputstate = - TIMER_CCX_DISABLE; // 不输出PWM波形,仅用于触发中断 + TIMER_CCX_DISABLE; // 不输出 PWM 波形,仅用于触发中断 timer_ocinitpara.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH; timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_3, &timer_ocinitpara); - // 设置PWM模式和占空比 + // 设置 PWM 模式和占空比 timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0); timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_1, TIMER_OC_MODE_PWM0); timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_2, TIMER_OC_MODE_PWM0); timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_3, - TIMER_OC_MODE_PWM0); // CH3也设为PWM模式 + TIMER_OC_MODE_PWM0); // CH3 也设为 PWM 模式 timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER1_DEFAULT_PULSE); @@ -242,7 +250,7 @@ void timer1_pwm_config(void) { TIMER1_DEFAULT_PULSE); timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_2, TIMER1_DEFAULT_PULSE); - // 设置CH3比较值为PWM周期x%位置 + // 设置 CH3 比较值为 PWM 周期 x% 位置 timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_3, TIMER1_CH3_COMPARE_VALUE); @@ -250,26 +258,26 @@ void timer1_pwm_config(void) { timer_primary_output_config(TIMER1, ENABLE); timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1); - // 使能CH3比较中断 + // 使能 CH3 比较中断 timer_interrupt_enable(TIMER1, TIMER_INT_CH3); - // 启动TIMER1 + // 启动 TIMER1 timer_enable(TIMER1); } -// 添加TIMER1-PWM中断处理函数 +// 添加 TIMER1-PWM 中断处理函数 /** - * @brief TIMER1中断处理函数 + * @brief TIMER1 中断处理函数 * @return void */ void TIMER1_IRQHandler(void) { - // 检查CH3比较中断标志并处理 + // 检查 CH3 比较中断标志并处理 if (timer_interrupt_flag_get(TIMER1, TIMER_INT_FLAG_CH3) != RESET) { - // 清除CH3比较中断标志 + // 清除 CH3 比较中断标志 timer_interrupt_flag_clear(TIMER1, TIMER_INT_FLAG_CH3); scheduler.taskFlags |= (1 << TASK_CURRENT_UPDATE); - // 例如触发ADC采样或其他操作 + // 例如触发 ADC 采样或其他操作 } } @@ -305,4 +313,4 @@ void Set_3Pwm(float duty_cycle0, float duty_cycle1, float duty_cycle2) { TIMER_CH0CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle0 * TIMER1_PERIOD); TIMER_CH1CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle1 * TIMER1_PERIOD); TIMER_CH2CV(TIMER1) = (uint32_t)(duty_cycle2 * TIMER1_PERIOD); -} +} \ No newline at end of file diff --git a/Robot_V2/device/ang_sensor.cpp b/Robot_V2/device/ang_sensor.cpp index 8f64084..ca2f435 100644 --- a/Robot_V2/device/ang_sensor.cpp +++ b/Robot_V2/device/ang_sensor.cpp @@ -6,10 +6,10 @@ #include "gd32c10x_dma.h" #include "gd32c10x_gpio.h" #include "gd32c10x_spi.h" +#include #include #include #include -#define ANG_SENS_DEBUG 1 #define ANG_SPI_CS_ENABLE() gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_15) #define ANG_SPI_CS_DISABLE() gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_15) @@ -199,13 +199,14 @@ u8 angle_sensor::init(void) { spi_dma_init(); // DMA初始化 return 0; } + /** * @ 角度传感器类 设置当前角度 * @param angle 输出级角度值 * @return 0成功/1失败 */ u8 angle_sensor::angle_set(float angle) { - m_cumulativeAngle = angle * REDUCTION_RATIO; // 从Flash读取上次保存的角度 + m_cumulativeAngle = angle * REDUCTION_RATIO; m_firstUpdate = true; return 0; } @@ -237,6 +238,7 @@ inline float angle_sensor::read_sensorAngle(void) { return (float)FAULT_RECEIVE; } + /** * @brief 更新传感器角度(输出级) * @return 累积角度值 @@ -286,6 +288,6 @@ float angle_sensor::getRawAngle(void) const { return m_cumulativeAngle; } * @brief 获取角度值(原始级) * @return 角度值(原始级) */ -float angle_sensor::getcurrent_sensorangle(void) const { +float angle_sensor::getcurrent_sensorangle(void) const{ return current_angle_deg; } diff --git a/Robot_V2/device/ang_sensor.h b/Robot_V2/device/ang_sensor.h index 2503b12..7d2c33b 100644 --- a/Robot_V2/device/ang_sensor.h +++ b/Robot_V2/device/ang_sensor.h @@ -14,6 +14,7 @@ int spi_rw_half_word_dma(uint32_t spi_periph, uint16_t tx_data, class angle_sensor { public: + float calibration_angle = 195.0f; u8 init(void); float read_sensorAngle(void); float update(void); @@ -22,6 +23,7 @@ class angle_sensor { float getRawAngle(void) const; float getcurrent_sensorangle(void) const; u8 angle_set(float angle); + u8 set_calibration(float angle); protected: float m_cumulativeAngle; diff --git a/Robot_V2/main.cpp b/Robot_V2/main.cpp index 7fcf125..c78d2d6 100644 --- a/Robot_V2/main.cpp +++ b/Robot_V2/main.cpp @@ -16,14 +16,27 @@ extern angle_sensor KTH7823; // 角度传感器 extern EncoderVelocityKalman Vel_kalman; // 速度滤波 extern EncoderAngleKalman Angle_kalman; // 角度滤波 extern ThermalController thermalController; // 热量控制器 -extern FOC_Controller FOC; // FOC控制 +extern FOC_Controller FOC; // FOC控制 extern FlashEEPROM flashEEP; // EEPROM类 extern VersionManager Version; // 全局版本管理器实例 TaskScheduler scheduler = {0}; u32 motor_runtime_50us = 0; // 电机驱动计算轮次 -u32 cnt_test = 0; // 负载检测 +u32 cnt_test = 0; // 负载检测 + +// 函数指针数组,包含各种控制模式对应的函数 +static FOCFunctionPtr control_functions[] = { + &FOC_Controller::drv_hold, // 0: 占空比置 + &FOC_Controller::angle_control, // 1: 位置闭环控制 + &FOC_Controller::velocity_control, // 2: 速度闭环控制 + &FOC_Controller:: + angle_control_with_velocity_limit, // 3: + // 角度闭环控制,带速度限制 + &FOC_Controller::MIT_Mode, // 4: MIT 模式 + &FOC_Controller::current_control, // 5: 电流闭环控制 + &FOC_Controller::velocity_open_loop, // 6: 速度开环控制 +}; int main(void) { u8 init_status = hardware_init(); @@ -82,24 +95,35 @@ void do_task(u32 currentTasks) { if (currentTasks & (1 << TASK_MOTOR_CONTROL)) { // 电机控制任务(最高优先级) motor_runtime_50us++; - // 函数指针数组,包含各种控制模式对应的函数 - static FOCFunctionPtr control_functions[] = { - &FOC_Controller::drv_hold, // 0: 占空比置 - &FOC_Controller::angle_control, // 1: 位置闭环控制 - &FOC_Controller::velocity_control, // 2: 速度闭环控制 - &FOC_Controller:: - angle_control_with_velocity_limit, // 3: - // 角度闭环控制,带速度限制 - &FOC_Controller::MIT_Mode, // 4: MIT 模式 - &FOC_Controller::current_control, // 5: 电流闭环控制 - &FOC_Controller::velocity_open_loop, // 6: 速度开环控制 - }; + // 静态变量用于跟踪上一次的控制模式 + static int last_control_mode = -1; // 边界检查,防止数组越界 if (FOC.control_mode >= 0 && FOC.control_mode < 7) { // 更新为7个控制模式 - // 调用对应的控制函数 - (FOC.*control_functions[FOC.control_mode])(); + + // 检查控制模式是否发生变化 + if (FOC.control_mode != last_control_mode) { + // 重置所有PID控制器的状态,避免积分项累积 + FOC.vel_loop.reset(); + FOC.angle_loop.reset(); + FOC.current_loop.reset(); + FOC.vel_inVelAngloop.reset(); + FOC.ang_inVelAngloop.reset(); + FOC.ang_inMITloop.reset(); + FOC.vel_inMITloop.reset(); + FOC.current_inMITloop.reset(); + + // 更新上次控制模式 + last_control_mode = FOC.control_mode; + } + if (!FOC.is_shut_down) { + // 调用对应的控制函数 + (FOC.*control_functions[FOC.control_mode])(); + } else { + // 调用对应的控制函数 + FOC.drv_stop(); + } } } if (currentTasks & (1 << TASK_MCU_TEMP_UPDATE)) { // 更新mcu温度传感器值 diff --git a/Robot_V2/sys/config.h b/Robot_V2/sys/config.h index 43a0e00..f8d0db3 100644 --- a/Robot_V2/sys/config.h +++ b/Robot_V2/sys/config.h @@ -9,12 +9,13 @@ #define EEP_DEBUG 1 #define OTA_DEBUG 1 #define SLEEP_DEBUG 1 +#define ANG_SENS_DEBUG 1 // 版本号定义 - 可根据实际项目进行调整 constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_MAJOR = 26; -constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_MINOR = 2; -constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_PATCH = 8; -constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_BUILD = 5; +constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_MINOR = 3; +constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_PATCH = 9; +constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_BUILD = 1; constexpr u16 HARDWARE_VERSION_MAJOR = 25; constexpr u16 HARDWARE_VERSION_MINOR = 12; @@ -54,36 +55,10 @@ constexpr u32 OTA_AVAL = 0x00000000; // 全零表示可用 constexpr u8 PP = 11; constexpr float DIR = -1.0f; constexpr u16 REDUCTION_RATIO = 25; -constexpr float CURRENT_OFFSET = -1.62f; // 当前电流传感器的零点偏移 -constexpr float HOLD_PWM_DUTY = 0.95f; -constexpr u16 ANGLESENS_OFFSET = +0; +constexpr float CURRENT_OFFSET = -3.31f/2.0f; // 当前电流传感器的零点偏移 +constexpr float HOLD_PWM_DUTY = 0.1f; +constexpr u16 ANGLESENS_OFFSET = +15; constexpr float KE_FACTOR = 0.0f; -// PID配置 -constexpr float DEFAULT_current_loop_p = 0.1f / 100 * 12; // 电流P -constexpr float current_loop_Ki = 0.55f; // 电流P -constexpr float current_loop_Kd = 3e-4; // 电流P - -constexpr float DEFAULT_vel_loop_p = 0.018f / 100 * 12; // 速度P -constexpr float vel_loop_Ku = 3.600000e-03 * 0.7 * 100 / 12; -constexpr float vel_loop_Tu = 17.0f * 1e-3f; -constexpr float vel_loop_Ki = 1.2 * vel_loop_Ku / vel_loop_Tu; -constexpr float vel_loop_Kd = 0.075 * vel_loop_Ku * vel_loop_Tu * 2; - -constexpr float DEFAULT_vel_angloop_p = 0.4f / 100; // 速度 速度-角度P -constexpr float vel_angloop_Ki = 8.0f; // 速度 速度-角度I -constexpr float vel_angloop_Kd = 5e-05f; // 速度 速度-角度D - -constexpr float DEFAULT_ang_angloop_p = 150.0f / 100 * 12; // 角度 速度-角度P -constexpr float ang_angloop_Ki = 0.00f; // 角度 速度-角度I -constexpr float ang_angloop_Kd = 8e-04; // 角度 速度-角度D - -constexpr float DEFAULT_angle_loop_p = 60.0f / 100 * 12; // 角度P - -constexpr float DEFAULT_vel_MIT_p = 9.0f / 100; // 速度 MIT P -constexpr float vel_MIT_Ku = 6.72f * 100 / 12; -constexpr float vel_MIT_Tu = 62.0f * 1e-3f; -constexpr float vel_MIT_Ki = 0.1f; -constexpr float vel_MIT_Kd = 0.01f; // 角度卡尔曼滤波器参数 // 参数调节建议: @@ -104,13 +79,46 @@ constexpr float VELOCITY_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 1e-5f; constexpr float VELOCITY_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q = 1e-6f; // 过程噪声协方差 - 通常保持较小 constexpr float VELOCITY_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R = - 1.0f; // 测量噪声协方差 - 主要调节参数 + 1.0f; // 测量噪声协方差 - 主要调节参数1.0 // 电流卡尔曼滤波器参数 constexpr float CURRENT_KALMAN_INITIAL_STATE = 0.0f; -constexpr float CURRENT_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 100.0f; // 增大初始协方差 -constexpr float CURRENT_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q = 10.0f; // 降低过程噪声 -constexpr float CURRENT_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R = 1e-3f; // 增大测量噪声 +constexpr float CURRENT_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 100.0f; // 增大初始协方差 +constexpr float CURRENT_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q = 10.0f; // 降低过程噪声 +constexpr float CURRENT_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R = 5e-5f; // 增大测量噪声 + +// PID配置 +constexpr float DEFAULT_current_loop_p = 0.1f / 100 * 12; // 电流P +constexpr float current_loop_Ki = 0.55f; // 电流P +constexpr float current_loop_Kd = 3e-4f; // 电流P + +constexpr float DEFAULT_vel_loop_p = 0.018f / 100 * 12; // 速度P +constexpr float vel_loop_Ku = 3.600000e-03 * 0.7 * 100 / 12; +constexpr float vel_loop_Tu = 17.0f * 1e-3f; +constexpr float vel_loop_Ki = 1.2 * vel_loop_Ku / vel_loop_Tu; +constexpr float vel_loop_Kd = 0.075 * vel_loop_Ku * vel_loop_Tu * 2; + +constexpr float DEFAULT_vel_angloop_p = 0.4f / 100; // 速度 速度-角度P +constexpr float vel_angloop_Ki = 5.0f; // 速度 速度-角度I +constexpr float vel_angloop_Kd = 5e-05f; // 速度 速度-角度D + +constexpr float DEFAULT_angle_angloop_p = 150.0f / 100 * 12; // 角度 速度-角度P +constexpr float ang_angloop_Ki = 0.00f; // 角度 速度-角度I +constexpr float ang_angloop_Kd = 8e-04f; // 角度 速度-角度D + +constexpr float DEFAULT_angle_loop_p = 60.0f / 100 * 12; // 角度P + +constexpr float DEFAULT_angle_MIT_p = 100.0f / 100 * 12; // 角度 MIT P +constexpr float angle_MIT_Ki = 0.0f; +constexpr float angle_MIT_Kd = 8e-04f; + +constexpr float DEFAULT_vel_MIT_p = 5.0f / 100; // 速度 MIT P +constexpr float vel_MIT_Ki = 15.0f; +constexpr float vel_MIT_Kd = 1e-04f; + +constexpr float DEFAULT_current_MIT_p = 0.2f / 100 * 12; // 电流 MIT P +constexpr float current_MIT_Ki = 0.1f; +constexpr float current_MIT_Kd = 3e-4f; // 常量定义 constexpr u8 SIZE_FLOAT = sizeof(float); @@ -120,6 +128,7 @@ constexpr float PI = 3.14159265358979323846f; constexpr float INV_PI_3 = 3.0f / PI; constexpr float PI_3 = PI / 3.0f; constexpr float _1_SQRT3 = 0.57735026919f; // 1/sqrt(3) +constexpr float _3PI_2 = 4.71238898038f; constexpr float SQRT3 = 1.7320508075688772f; constexpr float SQRT3DV2 = 0.8660254037844386f; // sqrt(3)/2 constexpr float COS_PI_3 = 0.5f; @@ -175,15 +184,17 @@ constexpr float ANGLESENS_FACTOR = 1.0f / ADC_MAX * 360.0f; // TIMER2-任务调度 constexpr int TIMER2_PRESCALER = 119; // 120MHz / 120 = 1MHz constexpr int TIMER2_PERIOD = 49; // 1 / 1MHz * 50 = 50us +constexpr int MOTOR_PERIOD = 2; // 100us/50us = 2 constexpr float TIME_SLICE = (TIMER2_PERIOD + 1) * (TIMER2_PRESCALER + 1) / 120000000.0f; // 周期 constexpr float TIMER2_FREQUENCY = 1 / TIME_SLICE; // 频率 +constexpr float MOTOR_FREQUENCY = 1 / TIME_SLICE / MOTOR_PERIOD; // 频率 // TIMER1-PWM constexpr int TIMER1_PRESCALER = 0; // 不分频,计数器时钟为120MHz constexpr int TIMER1_PERIOD = 5999; // 120MHz / (0+1) / (5999+1) = 20kHz constexpr int TIMER1_DEFAULT_PULSE = 0; constexpr int TIMER1_CH3_COMPARE_VALUE = - (TIMER1_PERIOD + 1) * 0.5 - 1; // PWM周期50%位置触发中断 + (TIMER1_PERIOD + 1) * 0.41 - 1; // PWM周期50%位置触发中断 #endif \ No newline at end of file diff --git a/Robot_V2/sys/health.cpp b/Robot_V2/sys/health.cpp index c8625bb..64ca22f 100644 --- a/Robot_V2/sys/health.cpp +++ b/Robot_V2/sys/health.cpp @@ -40,7 +40,7 @@ u32 ThermalController::update() { remainingTime10Ms = 1; // 可以恢复工作 } if (remainingTime10Ms == 1) { // 过热恢复 - FOC.resume(); + FOC.resume_from_thermal(); CAN0_transmiter.ThermalStatus = 0; return --remainingTime10Ms; } @@ -73,7 +73,7 @@ u32 ThermalController::update() { } if (thermal_value > thermal_capacity) { - FOC.shut_down(); + FOC.shut_down_thermal(); remainingTime10Ms = PROTECT_TIME; // 过热停机 CAN0_transmiter.ThermalStatus = 1; return remainingTime10Ms; @@ -99,6 +99,9 @@ void power_manage(void) { FOC.shut_down(); flashEEP.save_system_config(true); } else { - FOC.resume(); + // 只有在没有过热关机时才恢复 + if (!FOC.thermal_shutdown) { + FOC.resume(); + } } -} \ No newline at end of file +}