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Motor_v2/Robot_V2/Algorithm/DengFOC.cpp
T
cbb 971374d8ec feat(FOC): 增加闭环速度控制算法
- 重构setPhaseVoltage函数实现,提高执行效率
- 增加update_power函数,动态更新电源电压
- 优化velocity_open_loop函数,调用、setPhaseVoltage避免重复代码
- 实现angle_control和velocity_control闭环控制函数
- 调整PID控制器参数初始化及增加参数设置接口
- 改进电流和编码器速度卡尔曼滤波器实现
- 更新CAN通信数据打包逻辑,增加测试字段
- 在定时器中断中集成多种控制模式切换逻辑
- 完善角度传感器数据处理,改进速度计算方法
- 减小速度滤波数组大小,提升响应速度
2025-11-06 02:07:15 +08:00

192 lines
5.6 KiB
C++

#include "DengFOC.h"
#include "Can.h"
#include "Filter.h"
#include "Timer.h"
#include "adc.h"
#include "ang_sensor.h"
#include "gd32c10x_dbg.h"
#include "pid.h"
#include "systick.h"
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <gd32c10x.h>
#include <stdint.h>
constexpr double PI = 3.1415926535897932384626433832795f;
constexpr float DEG2RAD = 1.0f / 360.0f * 6.28318530718f;
constexpr float RAD2DEG = 360.0f / 6.28318530718f;
constexpr float ANGLE_FACTOR = 25.0f / 360.0f * 2.0f * 3.14159265358979323846f;
constexpr float _1_SQRT3 = 0.57735026919f;
constexpr float _2_SQRT3 = 1.15470053838f;
constexpr float _3PI_2 = 4.71238898038f;
constexpr u8 PP = 11;
constexpr float DIR = 1.0;
constexpr float sqrt3 = 1.73205080757f; // sqrt(3)的预计算值
constexpr float zero_electric_angle = 0.0f;
extern sampler sampler;
extern angle_sensor KTH7823;
extern CAN_transmiter CAN0_transmiter;
CurrentKalman curU_kalman(0.0f, 0.0026f, 4.8f, 0.0001f, 1e-6f, 0.02f);
CurrentKalman curV_kalman(0.0f, 0.0026f, 4.8f, 0.0001f, 1e-6f, 0.02f);
CurrentKalman curW_kalman(0.0f, 0.0026f, 4.8f, 0.0001f, 1e-6f, 0.02f);
// 初始变量及函数定义
#define _constrain(amt, low, high) \
((amt) < (low) ? (low) : ((amt) > (high) ? (high) : (amt)))
#define constrain(value, min, max, target_min, target_max) \
((value - min) / (max - min) * (target_max - target_min))
/**
* @brief 归一化角度
*
* @param angle
* @return float
*/
inline float _normalizeAngle(float angle) {
float a = fmod(angle, 2 * PI);
// 取余运算可以用于归一化,列出特殊值例子算便知
return a >= 0 ? a : (a + 2 * PI);
}
inline float _electricalAngle() {
return _normalizeAngle((float)(DIR * PP) * KTH7823.read_sensorAngle() *
-zero_electric_angle);
}
/**
* @brief 电机控制类构造函数
*
*/
FOC_Controlroller::FOC_Controlroller() { ; }
/**
* @brief 设置电机输出
*
* @param Uq: q轴电压
* @param Ud: d轴电压
* @param angle_el: 电机轴角度
*/
inline void FOC_Controlroller::setPhaseVoltage(float Uq, float Ud,
float angle_el) {
// 帕克逆变换 (直接计算,避免函数调用开销)
const float sin_el = sin(angle_el);
const float cos_el = cos(angle_el);
Ualpha = -Uq * sin_el;
Ubeta = Uq * cos_el;
// 克拉克逆变换 (预计算常量值)
Ua = Ualpha + v_half;
Ub = (sqrt3 * Ubeta - Ualpha) * 0.5f + v_half;
Uc = (-Ualpha - sqrt3 * Ubeta) * 0.5f + v_half;
// 计算占空比
Ua = constrain(Ua, 0.0f, voltage_power_supply, 0.0f, limit_voltage);
Ub = constrain(Ub, 0.0f, voltage_power_supply, 0.0f, limit_voltage);
Uc = constrain(Uc, 0.0f, voltage_power_supply, 0.0f, limit_voltage);
float dc_a = _constrain(Ua / voltage_power_supply, 0.0f, 1.0f);
float dc_b = _constrain(Ub / voltage_power_supply, 0.0f, 1.0f);
float dc_c = _constrain(Uc / voltage_power_supply, 0.0f, 1.0f);
Set_3Pwm(dc_a, dc_b, dc_c);
// std::printf("PWM:%f,%f,%f\n", dc_a, dc_b, dc_c);
}
/**
* @brief 电机关机
*
*/
void FOC_Controlroller::shut_down() {
is_shut_down = 100;
gpio_bit_reset(GPIOB, GPIO_PIN_12);
}
/**
* @brief 电机恢复
*
*/
void FOC_Controlroller::resume() {
over_current = 0;
temp_error = 0;
voltage_error = 0;
is_shut_down = 0;
gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_12);
}
/**
* @brief 更新电源电压
*
*/
void FOC_Controlroller::update_power(void) {
voltage_power_supply = sampler.get_vbus_voltage();
v_half = voltage_power_supply * 0.5f;
}
/**
* @brief 速度开环控制
*
* @param target_velocity: 目标速度
* @return float: q轴电压
*/
float FOC_Controlroller::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
// 预计算常量 1e-4 = 100微秒控制周期
shaft_angle =
_normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * ANGLE_FACTOR * 1e-4f);
// 直接计算电气角度,避免函数调用开销
float angle_el = _normalizeAngle(shaft_angle * PP + zero_electric_angle);
// 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;
setPhaseVoltage(Uq, 0.0f, angle_el);
return limit_voltage;
}
/**
* @brief 电机初始化
*
* @param _PP: 电机极队数
*/
// void FOC_Controlroller::DFOC_alignSensor(int _PP) {
// u8 PP = _PP;
// setPhaseVoltage(3, 0, _3PI_2);
// delay_1ms(3000);
// zero_electric_angle = _electricalAngle();
// setPhaseVoltage(0, 0, _3PI_2);
// std::printf("0电角度:%f", zero_electric_angle);
// }
/**
* @brief 角度闭环控制
*
* @param target_angle: 目标角度
* @return float: q轴电压
*/
float FOC_Controlroller::angle_control(float target_angle) {
shaft_angle = KTH7823.getRawAngle() * DEG2RAD;
static float Kp = 2.0f;
float Uq =
1.0f - _constrain(Kp * (target_angle - DIR * shaft_angle) * RAD2DEG,
-voltage_power_supply, voltage_power_supply);
static float Ud = 0.0f;
// 直接计算电气角度,避免函数调用开销
float angle_el = _normalizeAngle(shaft_angle * PP + zero_electric_angle);
// 设置相电压
setPhaseVoltage(Uq, 0.0f, angle_el);
return shaft_angle;
}
/**
* @brief 速度闭环控制
*
* @param target_velocity: 目标速度
* @return float: q轴电压
*/
float FOC_Controlroller::velocity_control(float target_velocity) {
// PID 控制计算
float Uq = v_half - vel_loop(target_velocity - rt_velocity);
shaft_angle = KTH7823.getRawAngle() * DEG2RAD;
// 直接计算电气角度,避免函数调用开销
float angle_el = _normalizeAngle(shaft_angle * PP + zero_electric_angle);
// 设置相电压
setPhaseVoltage(Uq, 0.0f, angle_el);
return rt_velocity;
}