cbb
b71fba2016
- 实现update_angle_sync_uq_feedforward函数，支持mode2和mode3的角度同步 Uq前馈补偿，按物理360°查表学习负载/阻力差异 - 实现get_mode3_velocity_p函数，mode3低速时降低速度环P参数减少抖动 - 在velocity_control和angle_control_with_velocity_limit中集成Uq前馈补偿 - 优化normalizeAngle360函数，大角度时先扣整圈数避免while循环过多 - 调整配置参数，降低DEFAULT_vel_loop_p并添加详细的Uq前馈补偿配置 - 更新电源电压参数使用本周期采样值，避免电压滞后影响
293 lines
14 KiB
C++
293 lines
14 KiB
C++
/**
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* @file sys/config.h
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* @brief 系统服务与平台支持源文件
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* @note 本文件仅补充 Doxygen 文档注释，不改变代码逻辑。
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*/
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#ifndef __CONFIG_H
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#define __CONFIG_H
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#include "gd32c10x_eval.h"
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#include <cstdint>
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// 如果使用 CMSIS DSP 库，需要定义 ARM_MATH_CM4
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#define ARM_MATH_CM4
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#define EEP_DEBUG 0
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#define OTA_DEBUG 0
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#define SLEEP_DEBUG 0
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#define ANG_SENS_DEBUG 0
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#define CAN_DEBUG 0
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#define MAIN_DEBUG 0
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#define FOC_DEBUG 0
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// 版本号定义 - 可根据实际项目进行调整
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constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_MAJOR = 26;
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constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_MINOR = 5;
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constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_PATCH = 24;
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constexpr u16 SOFTWARE_VERSION_BUILD = 2;
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constexpr u16 HARDWARE_VERSION_MAJOR = 25;
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constexpr u16 HARDWARE_VERSION_MINOR = 12;
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constexpr u16 HARDWARE_VERSION_PATCH = 01;
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constexpr u16 HARDWARE_VERSION_BUILD = 0;
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constexpr u16 BOOT_VERSION_MAJOR = 26;
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constexpr u16 BOOT_VERSION_MINOR = 1;
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constexpr u16 BOOT_VERSION_PATCH = 12;
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constexpr u16 BOOT_VERSION_BUILD = 0;
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// Flash 分区配置
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constexpr u32 BOOTLOADER_SIZE = 0x6000; // 24KB
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constexpr u32 BOOTLOADER_START_ADDR = 0x08000000; // BOOT 起始地址
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constexpr u32 APPLATEST_START_ADDR = 0x08012000; // APP 起始地址
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constexpr u32 APPBACK_START_ADDR = 0x08006000; // APPBACK 起始地址
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constexpr u32 APP_MAX_SIZE = 0xC000; // 48KB
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constexpr u32 FMC_PAGE_SIZE = 0x400; // 1KB
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constexpr u32 SLEEP_CONFIG_START = 0x0801E400; // 睡眠配置起始地址
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constexpr u32 SLEEP_CONFIG_END = 0x0801E800; // 睡眠配置结束地址
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constexpr u32 FLASH_EMPTY = 0xFFFFFFFF; // 空数据
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constexpr u32 SLEEP_ENABLE = 0x11111111; // 睡眠使能
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constexpr u32 SLEEP_DISABLE = 0x00000000; // 睡眠禁止
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// 节点 ID 配置 (用于多电机 CAN 总线隔离)
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// 使用 CAN ID 高 16 位 (bits 31-16) 存储节点 ID，低 16 位 (bits 15-0) 存储基础 ID
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// 格式：[节点 ID(16 位)][基础 ID(16 位)]，例如：node_id=1, base_id=0x0200 → 0x00010200
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//
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// 节点 ID 存储方案：
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// - 使用独立 Flash 页 (NODE_ID_PAGE_ADDR) 存储节点 ID，与EEPROM完全隔离
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// - 采用双重备份机制 (主备份 + 备用备份)
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// - 使用魔数 (NODE_ID_MAGIC) 验证数据有效性，防止位翻转导致错读
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// - 使用写入计数器区分最新数据
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constexpr u32 NODE_ID_PAGE_ADDR = 0x0801E800; // 节点 ID 存储页 (1KB，独立区域)
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constexpr u32 NODE_ID_PRIMARY_ADDR = 0x0801E800; // 主存储地址
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constexpr u32 NODE_ID_BACKUP_ADDR = 0x0801E840; // 备份存储地址 (偏移64字节)
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constexpr u32 NODE_ID_MAGIC = 0x4E4F4445; // 魔数 'NODE' 用于验证数据有效性
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constexpr u16 DEFAULT_NODE_ID = 1; // 默认节点 ID
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constexpr u16 BROADCAST_NODE_ID = 0x1FFF; // 广播 ID (所有节点响应)
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constexpr u16 MAX_NODE_ID = 0x1FFE; // 最大有效节点 ID (0~0x1FFE)
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// 节点 ID 存储结构 (存储在Flash中的格式)
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// 地址偏移 0x00: 魔数 (0x4E4F4445 = 'NODE')
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// 地址偏移 0x04: 节点 ID (u16)
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// 地址偏移 0x06: 保留 (u16，填充为0xFFFF)
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// 地址偏移 0x08: 写入计数器 (u32，用于区分最新数据)
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// 地址偏移 0x0C: CRC32 校验 (u32)
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constexpr u8 NODE_ID_STRUCT_SIZE = 0x10; // 结构体大小 16 字节
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constexpr u8 NODE_ID_MAGIC_OFFSET = 0x00; // 魔数偏移
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constexpr u8 NODE_ID_VALUE_OFFSET = 0x04; // 节点ID值偏移
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constexpr u8 NODE_ID_COUNTER_OFFSET = 0x08; // 写入计数器偏移
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constexpr u8 NODE_ID_CRC_OFFSET = 0x0C; // CRC偏移
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// BOOT 相关
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constexpr u32 OTA_CONFIG_NUM = 6;
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constexpr u32 n_APP_LATEST_AVAL_ADDR = 0x0801E000; // 最新 APP 可用地址
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constexpr u32 n_APP_BACKUP_AVAL_ADDR = 0x0801E004; // 备份 APP 可用地址
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constexpr u32 n_APP_LATEST_EN_ADDR = 0x0801E008; // 最新 APP 激活
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constexpr u32 n_APP_BACKUP_EN_ADDR = 0x0801E00C; // 备份 APP 激活
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constexpr u32 n_APP_LATEST_CHECK_ADDR = 0x0801E010; // 最新 APP 校验
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constexpr u32 n_APP_BACKUP_CHECK_ADDR = 0x0801E014; // 备份 APP 校验
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constexpr u32 OTA_NOT_AVAL = 0xFFFFFFFF;
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constexpr u32 OTA_AVAL = 0x00000000; // 全零表示可用
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// 参数配置
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constexpr u8 PP = 11;
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constexpr float DIR = 1.0f; // 默认方向：-1.0f 反转，1.0f 正转
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constexpr u16 REDUCTION_RATIO = 25;
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constexpr float CURRENT_OFFSET = -3.31f / 2.0f; // 当前电流传感器的零点偏移
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constexpr float HOLD_PWM_DUTY = 0.1f;
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constexpr u16 ANGLESENS_OFFSET = 0;
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constexpr float ANGLESENS_CALIBRATION_ANGLE = 83.0f;
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constexpr float KE_FACTOR = 0.0f;
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// 角度/速度 α-β 观测器参数
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constexpr float ANGLE_KALMAN_INITIAL_STATE = 0.0f;
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constexpr float ANGLE_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 0.0f;
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constexpr float ANGLE_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q = 0.0f;
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constexpr float ANGLE_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R = 0.0f;
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constexpr float ANGLE_OBSERVER_ALPHA = 0.75f; // 角度校正增益，越大越跟测量
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constexpr float ANGLE_OBSERVER_BETA = 0.002f; // 速度校正增益，原0.001微调至0.002
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// 旧速度 Kalman 参数保留用于接口兼容；主速度输出现在直接来自 α-β 观测器
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constexpr float VELOCITY_KALMAN_INITIAL_STATE = 0.0f;
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constexpr float VELOCITY_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 1e-3f;
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constexpr float VELOCITY_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q =
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5e-4f; // 略增大，减少拖尾
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constexpr float VELOCITY_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R =
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0.05f; // 明显小于旧值，避免压得太死
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// 电流卡尔曼滤波器参数
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constexpr float CURRENT_KALMAN_INITIAL_STATE = 0.0f;
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constexpr float CURRENT_KALMAN_INITIAL_COVARIANCE = 100.0f; // 增大初始协方差
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constexpr float CURRENT_KALMAN_PROCESS_NOISE_Q = 10.0f; // 降低过程噪声
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constexpr float CURRENT_KALMAN_MEASUREMENT_NOISE_R = 5e-5f; // 增大测量噪声
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// PID 配置
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constexpr float DEFAULT_current_loop_p = 0.1f / 100 * 12; // 电流 P
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constexpr float current_loop_Ki = 0.55f; // 电流 P
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constexpr float current_loop_Kd = 3e-4f; // 电流 P
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constexpr float DEFAULT_vel_loop_p = 0.005f / 100 * 12; // 速度 P
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constexpr float vel_loop_Ku = 3.600000e-03 * 0.7 * 100 / 12;
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constexpr float vel_loop_Tu = 17.0f * 1e-3f;
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constexpr float vel_loop_Ki = 1.2 * vel_loop_Ku / vel_loop_Tu;
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constexpr float vel_loop_Kd = 0.075 * vel_loop_Ku * vel_loop_Tu * 2;
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// mode2 角度同步 Uq 前馈补偿：固定 Uq 下的真实速度波动不应从反馈中滤掉，
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// 而应按物理 360° 提前补偿负载/阻力差异，降低速度 PID 的周期性纠偏量。
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constexpr bool MODE2_UQ_FF_ENABLE = true;
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constexpr bool MODE2_UQ_FF_LEARN_ENABLE = true;
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constexpr u16 MODE2_UQ_FF_TABLE_SIZE = 180;
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constexpr float MODE2_UQ_FF_LEARN_ALPHA = 0.01f; // 越小越慢，避免误学瞬态
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constexpr float MODE2_UQ_FF_MIN_TARGET = 1.5f; // 目标速度过低时不学习
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constexpr float MODE2_UQ_FF_GAIN = 0.003f; // 速度误差(deg/s)到前馈电压(V)的学习比例
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constexpr float MODE2_UQ_FF_MAX = 3.5f; // 前馈补偿电压限幅(V)
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constexpr float MODE2_UQ_FF_STOP_SPEED = 2.0f; // 目标/实际速度低于该值时不输出前馈
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constexpr float MODE2_UQ_FF_BRAKE_ERR = 3.0f; // 明显超速/刹车时不输出前馈，单位同 velocity_error
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// mode3 角度同步 Uq 前馈补偿：单独建表，避免和 mode2 互相污染。
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constexpr bool MODE3_UQ_FF_ENABLE = true;
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constexpr bool MODE3_UQ_FF_LEARN_ENABLE = true;
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constexpr u16 MODE3_UQ_FF_TABLE_SIZE = 180;
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constexpr float MODE3_UQ_FF_LEARN_ALPHA = 0.01f;
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constexpr float MODE3_UQ_FF_MIN_TARGET = 2.5f; // mode3 内部目标速度过低时不学习
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constexpr float MODE3_UQ_FF_GAIN = 0.3f; // mode3 速度误差未乘减速比，故增益独立于 mode2
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constexpr float MODE3_UQ_FF_MAX = 3.5f;
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constexpr float MODE3_UQ_FF_STOP_SPEED = 2.0f; // mode3 内部目标/实际速度低于该值时不输出前馈
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constexpr float MODE3_UQ_FF_BRAKE_ERR = 3.0f; // 明显超速/刹车时不输出前馈，单位同 velocity_error
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constexpr float DEFAULT_vel_angloop_p = 0.4f / 100; // 速度 速度 - 角度 P
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constexpr float vel_angloop_Ki = 5.0f; // 速度 速度 - 角度 I
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constexpr float vel_angloop_Kd = 5e-05f; // 速度 速度 - 角度 D
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// mode3 低速/静止附近速度 P 降低，减少速度反馈噪声、齿槽和摩擦导致的来回拉扯。
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constexpr bool MODE3_LOW_SPEED_P_SCALE_ENABLE = true;
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constexpr float MODE3_LOW_SPEED_P_MIN_SCALE = 0.2f;
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constexpr float MODE3_LOW_SPEED_P_LOW = 1.0f;
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constexpr float MODE3_LOW_SPEED_P_FULL = 5.0f;
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constexpr float DEFAULT_angle_angloop_p =
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150.0f / 100 * 12; // 角度 速度 - 角度 P
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constexpr float ang_angloop_Ki = 0.00f; // 角度 速度 - 角度 I
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constexpr float ang_angloop_Kd = 8e-04f; // 角度 速度 - 角度 D
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constexpr float DEFAULT_angle_loop_p = 60.0f / 100 * 12; // 角度 P
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constexpr float DEFAULT_angle_MIT_p = 100.0f / 100 * 12; // 角度 MIT P
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constexpr float angle_MIT_Ki = 0.0f;
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constexpr float angle_MIT_Kd = 8e-04f;
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constexpr float DEFAULT_vel_MIT_p = 5.0f / 100; // 速度 MIT P
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constexpr float vel_MIT_Ki = 15.0f;
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constexpr float vel_MIT_Kd = 1e-04f;
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constexpr float DEFAULT_current_MIT_p = 0.2f / 100 * 12; // 电流 MIT P
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constexpr float current_MIT_Ki = 0.1f;
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constexpr float current_MIT_Kd = 3e-4f;
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// 常量定义
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constexpr u8 SIZE_FLOAT = sizeof(float);
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constexpr u8 SIZE_U32 = sizeof(uint32_t);
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constexpr float ADC_MAX = 65536.0f;
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constexpr float PI = 3.14159265358979323846f;
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constexpr float INV_PI_3 = 3.0f / PI;
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constexpr float PI_3 = PI / 3.0f;
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constexpr float _1_SQRT3 = 0.57735026919f; // 1/sqrt(3)
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constexpr float _3PI_2 = 4.71238898038f;
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constexpr float SQRT3 = 1.7320508075688772f;
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constexpr float SQRT3DV2 = 0.8660254037844386f; // sqrt(3)/2
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constexpr float COS_PI_3 = 0.5f;
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constexpr float ANGLE_FACTOR = 25.0f / 180.0f * PI;
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constexpr float DEG2RAD = 1.0f / 180.0f * PI;
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constexpr float RAD2DEG = 180.0f / PI; // 修正 RAD2DEG 定义，应该是 180/π
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constexpr u8 DEFAULT_VALUE = 0;
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constexpr u8 CONFIG_SAVED_NUM = 6;
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// 三角函数快速计算 LUT
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constexpr u16 LUT_SIZE = 1024;
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constexpr u16 LUT_MASK = (LUT_SIZE - 1);
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constexpr u16 LUT_SCALE = (LUT_SIZE / (2.0f * PI));
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// CAN 相关
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// 注意：以下为 CAN 基础 ID（只保留低 16 位），实际发送/接收时会自动叠加节点 ID
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// 到高 16 位 格式：[节点 ID(16 位)][基础 ID(16 位)] 例如：节点 ID=1，发送命令
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// ID = (1 << 16) | CANFD_CMD_ID = 0x00010200
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constexpr u16 DEV_CAN0_ID = 0x0000;
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constexpr u16 DEV_CAN0_MASK = 0x0000;
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constexpr u16 DEV_CAN_LOOPBACK_ID = 0x0000;
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// 反馈基础 ID
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constexpr u16 CANFD_STATUS_ID = 0x0100; // 状态反馈基础 ID
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constexpr u16 CANFD_CONFIG_ID = 0x0101; // 配置信息基础 ID
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constexpr u16 CANFD_VERSION_ID = 0x00FF; // 版本信息基础 ID
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// 命令基础 ID
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constexpr u16 CANFD_CMD_ID = 0x0200; // 控制命令基础 ID
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constexpr u16 CANFD_RESET_ID = 0x0301; // 重置命令基础 ID
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// 节点 ID 管理基础 ID
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constexpr u16 CANFD_SET_NODE_ID = 0x0400; // 设置节点 ID 基础 ID
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constexpr u16 CANFD_GET_NODE_ID = 0x0401; // 查询节点 ID 基础 ID
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// OTA 相关基础 ID 不受到node ID影响
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constexpr u16 CANFD_BOOT_ID = 0x0000; // BOOT 模式基础 ID (进入 BOOT 使用此 ID)
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constexpr u16 CANFD_OTA_REQ_ID = 0x0100; // OTA 请求基础 ID
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constexpr u16 CANFD_OTA_DATA_ID = 0x0101; // OTA 数据基础 ID
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constexpr u16 CANFD_OTA_ACK_ID = 0x0102; // OTA 确认基础 ID
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constexpr u16 CANFD_OTA_WAIT_ID = 0x0103; // OTA 等待基础 ID
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// ADC
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constexpr u8 ADC_FILTER_SIZE = 6;
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constexpr u8 BLOCK_SIZE = ADC_FILTER_SIZE * SIZE_FLOAT;
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constexpr float ERROR_ADC_VAL = 255.0f;
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constexpr float MAX_TEMP = 150.0f;
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constexpr float MIN_TEMP = -40.0f;
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constexpr float MAX_CURRENT = 40.0f;
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constexpr float MIN_CURRENT = -40.0f;
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constexpr float MAX_VCC = 65.0f;
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constexpr float MIN_VCC = -0.1f;
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// ang_sensor
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constexpr u16 VEL_FILTER_SIZE = 4;
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constexpr u16 DEFAULT_COMMAND = 0x0000;
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constexpr u16 FAULT_RECEIVE = 0xFFFF;
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constexpr float ANGLE_WRAP_THRESHOLD = 300.0f;
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constexpr float ANGLE_WRAP_VALUE = 360.0f;
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constexpr float RAD_FACTOR = 1.0f / ADC_MAX * 2.0f * PI;
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constexpr float ANGLESENS_FACTOR = 1.0f / ADC_MAX * 360.0f;
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// TIMER2-任务调度
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constexpr int TIMER2_PRESCALER = 119; // 120MHz / 120 = 1MHz
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constexpr int TIMER2_PERIOD = 49; // 1 / 1MHz * 50 = 50us
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constexpr int MOTOR_PERIOD = 1; // 控制每50us执行一次，无分频
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constexpr float TIME_SLICE =
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(TIMER2_PERIOD + 1) * (TIMER2_PRESCALER + 1) / 120000000.0f; // 周期
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constexpr float TIMER2_FREQUENCY = 1 / TIME_SLICE; // 频率
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constexpr float MOTOR_FREQUENCY = 1 / TIME_SLICE / MOTOR_PERIOD; // 频率
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// TIMER1-PWM
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constexpr int TIMER1_PRESCALER = 0; // 不分频，计数器时钟为 120MHz
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constexpr int TIMER1_PERIOD = 2999; // 120MHz / (0+1) / (2999+1) = 40kHz计数, 中心对齐实际PWM 20kHz
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constexpr int TIMER1_DEFAULT_PULSE = 0;
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constexpr int TIMER1_CH3_COMPARE_VALUE =
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(TIMER1_PERIOD + 1) * 0.41 - 1; // PWM 周期 41% 位置触发ADC采样
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// 齿槽转矩补偿
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constexpr u16 COGGING_TABLE_SIZE = 128; // 每电周期采样点数
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constexpr float COGGING_COMP_SCALE = 0.005f; // 补偿换算系数 V/mA，40mA × 0.005 = 0.2V
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// 电压检测参数（基于跌幅检测，不依赖固定额定电压）
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// 快速检测层（fast_voltage_check，100us周期）：
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// - 使用峰值检测算法跟踪当前额定电压（vbus_reference）
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// - 当电压相对于基准电压下跌超过 VBUS_DROP_THRESHOLD → 关机
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// - 当电压低于绝对下限 VBUS_ABSOLUTE_MIN → 关机
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// 慢速管理层（power_manage，~10ms周期）：
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// - 执行Flash保存
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// - 状态恢复判断（电压恢复到基准电压的90%以上）
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constexpr float VBUS_DROP_THRESHOLD = 5.0f; // 电压跌幅阈值 (V)
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constexpr float VBUS_ABSOLUTE_MIN = 12.0f; // 绝对最低电压 (V)
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constexpr u32 VBUS_DEBOUNCE_COUNT = 5; // 快速检测：防抖计数 (5次×100us = 500us)
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constexpr float VBUS_RECOVERY_RATIO = 0.9f; // 恢复比例（基准电压的90%）
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#endif
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