四轴DIY笔记

Anteater

第一次在51mx发帖，结果刚才打了一个多小时的帖子在提交的时候被告知有什么错误，然后辛辛苦苦码的字就灰飞烟灭了 -_-!!!

主要是想写FOC + HFI控制无刷电机，怎奈没保存，sigh

这次吸取教训，少打一点先发出去试试，之后再次有时间有兴趣的时候在回帖中重写把。

Anteater

先把结果重写一下吧，
FOC+HFI可以实现近似于零的启动失败率。我专门改了一下代码，让电机不停的启动，大约测了1小时左右，平均3秒左右启动一次，没观察到失败。从一个侧面也能演示启动的可靠性。
FOC的电流环外面又包了一个速度环，装机测试的结果是75ms的电机迟滞，就是从转速信号输入到电机达到转速的总体延迟。 作为控制组，我用手头的一个好赢四合一电调测试了一下阶跃信号响应。从结果上看，好赢的这个电调没有速度环，没有刹车，应该是直接PWM占空比控制油门。从800rpm到3000rpm的时间常数是71毫秒，从800rpm到1600rpm的时间常数是179ms。FOC+速度环可以实现更高速的阶跃响应。由于数据采集的采样率只有200Hz，没有足够的数据点拟合时间常数。作为对比，800rpm到3000rpm的总用时不超过25ms，800rpm到1600rpm的总用时不超过15ms。

Anteater

高频注入有点被过度包装的意思，方案提供商一般都要NDA才能给代码， 在论坛的讨论也有点讳莫如深。 其实么，文献中写的很清楚，也没什么复杂的， 在自己的电调上实现了之后我也来简单说一说。
首先先说说什么地方用高频信号注入。 如果知道高频信号注入是目前唯一可靠的获得低速和静止状态下无刷转子位置的方法，那么这个问题的答案也就明了了。 不需要扯远，在四轴的应用上就是无刷的无反转可靠启动。
想测量一个物理量一般需要消耗一定能量。那么，高频信号注入就是这个消耗额外能量的测量过程。同样在有感应用中，编码器也是消耗额外能量的。因此从节约的角度来说，脱离低速段之后应尽量切换到少消耗能量的方法，比如说滑膜观测器之类。另外，高频信号注入也有一个带宽问题，对高转速支持天生不足。
都说是高频信号注入，高频指的是注入的信号远远大于于电动机的工作频率，从带宽角度，注入信号的频率越高越好，不过由于采样定理的存在，注入信号最多是载波的一半频率。信号么，指的就是注入幅度远远小于于电机驱动用的幅度。 在这里面，信号波形实际上没有固定要求，因此文献中什么信号方式都有。
由于无刷电机的固有物理特性，在直轴注入的电压信号可以将转子位置信息反映在交轴电流信号中。高频信号注入就是在这一步主要利用直轴和交轴电感不同的特性。在交轴注入信号引发的电流为零的时候可以估计出转子的位置。如下图所示，在已知转子位置在0电角度的时候，从0.75电角度开始估计转子位置，最后算法收敛到-0.3电角度。

不幸的是这个转子位置并不唯一： 在两个相差pi的转子位置上都可以让交轴电流为零。如下图所示，在已知转子位置在0电角度的时候， 从不同的初始电角度估计转子位置大约有一半的几率收敛到正确的转子电角度，另外一半几率就是相差180度的位置。如果直接用这步的结果驱动电机， 闭环启动不是问题，问题是有一半的几率反转。

这时候应用另外一个电机特性就是磁路引起的电感饱和，说人话就是在正确的转子方向，定子电感会小一些。如下图所示，在已知转子位置在0电角度的时候，从不同过的角度注入信号的结果。在正确的转子方向出现极值，这个极值点唯一，可以使用这个特性区分之前确定的两个可能转子位置中正确的那个。

Anteater

继续整理了一下数据， 根据在高频注入中测量的电压和电流， 郎宇V2806无刷的内阻是412.7 毫欧，比静态测量的结果和说明书上的内阻都大1.7倍。 暂时不知道根本原因。
在用40kHz载波注入20kHz方波信号的时候，可以计算出定子在不同角度的电感。在已知转子角度是0的情况下，估计的定子电感随信号注入角度的变化如下图所示。在0注入方向上，定子电感大约30uH，在相反方向上，定子电感大约87uH。 这个也就是利用定子等效电感随转子位置变化的特性来区分两个初始转子位置估计中正确的那个。