HFI高频方波注入方案stm32f405 无感FOC控制直接闭环启动永磁同步电机无感控制...

最新推荐文章于 2025-12-12 19:07:38 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-12 19:07:38 发布 · 406 阅读

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HFI高频方波注入方案stm32f405 无感FOC控制直接闭环启动永磁同步电机无感控制，0速带载启动，堵转保持扭矩低速HFI，高速SMO，全速域运行。基于stm32f405。高频注入零速启动三步走： 1 .先是高频注入，角度估算收敛。 2.脉冲NS磁极辨识。 3 .角度，速度双闭坏零速启动运行。包括完整的cubemx配置文件，mdk工程，原理图和开发笔记，初始角度检测仿真，代码全C语言，宏定义选项均有中文注释，方便我植到自己的项目中。内涵升级版hfi程序和新的foc程序框架，新版hfi程序速度波动更小。

玩过无感FOC的朋友都知道，零速带载启动是个头疼的问题。最近在STM32F405上折腾出一套靠谱方案：高频方波注入+滑模观测器混合方案，实测零速带载5牛米稳稳启动，堵转时扭矩能保持住不抖。今天咱们扒一扒这个方案的代码实现。

先说核心架构：低速用高频注入（HFI），高速切滑模观测器（SMO）。切换点在200转左右，这个阈值在motorctrl.h里通过#define SPEEDSWITCH_THRESHOLD调。关键点在于两种观测器的无缝衔接，代码里用了状态机管理：

void Observer_Switch(uint16_t speed){
    static uint8_t observer_state = HFI_MODE;
    if(speed > SPEED_SWITCH_THRESHOLD && observer_state == HFI_MODE){
        HFI_Disable();
        SMO_Enable();
        observer_state = SMO_MODE;
    } 
    // 切换回HFI需要速度低于阈值且持续5个周期
    else if(...){...} 
}

这段状态机藏在定时器中断里每毫秒执行一次，注意切换时的滤波处理，直接暴力切换会抖得亲妈都不认识。

重点说下高频注入三步走。启动时先怼个1kHz的方波到γ轴，在hfi_inject.c里能看到注入逻辑：

void HFI_InjectPulse(){
    static uint8_t pulse_sign = 0;
    V_alfa = (pulse_sign) ? INJECT_AMP : -INJECT_AMP;
    pulse_sign ^= 1;
}

注入幅值别超过电机额定电压的30%，实测12V电机用3.6V注入效果最佳。角度收敛判断是个技术活，代码里用方差计算器判断角度是否稳定：

if(angle_variance < 0.05f){
    HFI_Status |= ANGLE_CONVERGED_FLAG;
}

磁极辨识阶段要特别注意，这个在pole_identify.c里的骚操作：

void Pole_Detection(){
    // 先给个d轴正向脉冲
    FOC_SetVoltage(6, 0);
    delay_ms(5);
    current_peak = Get_PhaseCurrentPeak();
    
    // 再给反向脉冲对比响应电流
    FOC_SetVoltage(-6, 0);
    delay_ms(5);
    if(Get_PhaseCurrentPeak() > current_peak){
        Motor.pole_flag = N_POLE;
    } else {
        Motor.pole_flag = S_POLE; 
    }
}

这里有个坑：脉冲宽度不能超过10ms，否则可能让电机抽搐。实测5ms脉冲+双电阻采样方案最稳。

双闭环启动时的电流环参数要够硬核，在current_loop.c里看到这样的配置：

// 电流环PI参数
#define D_AXIS_KP  12.5f
#define D_AXIS_KI  1500.0f
#define Q_AXIS_KP  8.3f
#define Q_AXIS_KI  1200.0f

注意d轴参数比q轴激进，这是为了在启动时优先稳住转子位置。新版代码在hfi观测器里加了个滑动均值滤波器，速度波动从±3rpm压到±1rpm以内：

float Get_SmoothSpeed(){
    static float speed_buf[8];
    static uint8_t index = 0;
    
    speed_buf[index++] = raw_speed;
    if(index >=8 ) index = 0;
    
    return Moving_Average(speed_buf, 8);
}

这个滤波器放在速度计算之后、PI控制器之前，效果立竿见影。

工程文件里有个hficalibration工具，自动扫描最优注入频率。通过修改hfifreq_table数组，可以适配不同电感特性的电机：

const uint16_t hfi_freq_table[] = {800,1000,1200,1500};

实测1200Hz在大多数PMSM上表现良好，但对某些IPM电机可能需要调整到800Hz。

最后说下堵转保持功能，在zerospeedhold.c里有个扭矩维持算法：

void Torque_Hold(){
    if(speed < 5 && speed_set == 0){
        Iq_ref = sign(Iq_ref) * SATURATE(fabs(Iq_ref), MAX_HOLD_CURRENT);
        HFI_InjectPulse(); // 持续注入维持角度观测
    }
}

这里的关键是维持最小必要的高频注入，既能保持角度观测，又不会让电机过热。代码里设置了MAXHOLDCURRENT参数，建议设为额定电流的20%。

整套工程在CubeMX里配置了HRTIM配合ADC双采样触发，具体触发时序在hrtim_config.png里有标注。ADC采样窗口要卡在PWM波形的中间位置，这个配置不对的话电流采样全是噪声。