加入滑膜观测器

Signed-off-by: huhui <huhui@sharkgulf.com>

Applications/foc/core/PI_Controller.h

@@ -1,6 +1,6 @@
 #ifndef _PI_Contrller_H__
 #define _PI_Contrller_H__
-#include "math/fix_math.h"
+#include "math/fast_math.h"
 #include "bsp/bsp.h"
 #if 0
 typedef struct {

Applications/foc/core/smo_observer.c

@@ -0,0 +1,86 @@
+#include "app/nv_storage.h"
+#include "math/fast_math.h"
+#include "PMSM_FOC_Core.h"
+#include "smo_observer.h"
+
+static smo_observer_t smo;
+
+static void smo_observer(float uAlpha, float uBeta, float iAlpha, float iBeta);
+static void smo_pll(void);
+void smo_observer_init(float pll_bandwith, float lpf_wc, float Ksmo, float Ksta) {
+	smo.ts = 1.0f/(float)FOC_PWM_FS;
+	smo.bandwith = pll_bandwith;
+	smo.pll_kp = pll_bandwith * 2 * M_PI * 2;
+	smo.pll_ki = 0.25f * SQ(smo.pll_kp);
+	smo.pll_max_rad_pers = CONFIG_MAX_MOT_RPM/30.0f * M_PI;
+	smo.lpf_wc = lpf_wc;
+	smo.lpf_ceof = (lpf_wc*2*M_PI/(float)FOC_PWM_FS);
+	smo.motor_r = nv_get_motor_params()->r;
+	smo.motor_ld = nv_get_motor_params()->ld;
+	smo.motor_lq = nv_get_motor_params()->lq;
+	smo.motor_poles = nv_get_motor_params()->poles;
+}	
+
+float smo_observer_update(float uAlpha, float uBeta, float iAlpha, float iBeta) {
+
+	smo_observer(uAlpha, uBeta, iAlpha, iBeta);
+	smo_pll();
+	return pi_2_degree(smo.est_angle_out);
+}
+
+static void smo_observer(float uAlpha, float uBeta, float iAlpha, float iBeta) {
+	float est_ab = (smo.motor_ld-smo.motor_lq)/smo.motor_lq * smo.est_rad_pers;
+
+	/* est alpha back emf */
+	float calc_alpha = uAlpha/smo.motor_ld - smo.Ialpha_hat*(smo.motor_r/smo.motor_ld) - smo.est_eAlpha / smo.motor_ld - est_ab * smo.IBeta_hat;
+	smo.Ialpha_hat += calc_alpha * smo.ts; //积分
+
+	float err_iAlpha = smo.Ialpha_hat - iAlpha;
+	
+	smo.est_eAlpha = fclamp(err_iAlpha, -smo.Ksta, smo.Ksta * smo.Ksmo);
+	smo.est_eAlpha_Filted = do_lpf(smo.est_eAlpha_Filted, smo.est_eAlpha, smo.lpf_ceof);
+
+	/* est beta back emf */
+	float calc_beta = uBeta/smo.motor_ld - smo.IBeta_hat*(smo.motor_r/smo.motor_ld) - smo.est_eBeta / smo.motor_ld + est_ab * smo.Ialpha_hat;
+	smo.IBeta_hat += calc_beta * smo.ts; //积分
+	
+	float err_iBeta = smo.IBeta_hat - iBeta;
+	
+	smo.est_eBeta = fclamp(err_iBeta, -smo.Ksta, smo.Ksta * smo.Ksmo);
+	smo.est_eBeta_Filted = do_lpf(smo.est_eBeta_Filted, smo.est_eBeta, smo.lpf_ceof);
+
+}
+#define angle_clamp(a) {while (a >= M_PI*2) a-=M_PI*2;while (a < 0) a +=M_PI*2;};
+
+static void smo_pll(void) {
+	float eab_sqr = sqrtf(SQ(smo.est_eAlpha_Filted) + SQ(smo.est_eBeta_Filted) + (1e-10f));
+	float ealpha_in = -smo.est_eAlpha_Filted/eab_sqr;
+	float ebeta_in  =  smo.est_eBeta_Filted/eab_sqr;
+	float sin, cos;
+	float angle_rad = pi_2_degree(smo.est_angle);
+	
+	arm_sin_cos_f32(angle_rad, &sin, &cos);
+	float pi_err = cos * ealpha_in - sin * ebeta_in;
+	float perr = pi_err * smo.pll_kp;
+	smo.est_rad_pers = perr + smo.pll_integrator; //计算角速度
+	if (smo.pll_integrator < smo.pll_max_rad_pers) {
+		smo.pll_integrator += smo.ts * pi_err * smo.pll_ki; //更新pll的pi的积分xiang
+	}
+	smo.est_rad_pers_filted = do_lpf(smo.est_rad_pers_filted, smo.est_rad_pers, smo.lpf_ceof); //对速度低通滤波
+	smo.est_angle += smo.ts * smo.est_rad_pers; //角速度积分
+
+	/* 对低通进行角度补偿 */
+	smo.est_angle_out = smo.est_angle + fast_arctan2(smo.est_rad_pers_filted, smo.bandwith*2*M_PI);
+	
+	angle_clamp(smo.est_angle_out);
+}
+
+
+float smo_observer_est_angle(void) {
+	return pi_2_degree(smo.est_angle_out);
+}
+
+//机械角度 rpm
+float smo_observer_est_rpm(void) {
+	return (30.0f * smo.est_rad_pers_filted/M_PI/smo.motor_poles);
+}

Applications/foc/core/smo_observer.h

@@ -0,0 +1,41 @@
+#ifndef _SMO_OBSERVER_H__
+#define _SMO_OBSERVER_H__
+#include "foc/core/PI_Controller.h"
+
+typedef struct {
+	float ts;
+	float bandwith; //PLL带宽
+	float lpf_wc;   //低通滤波截止频率
+	float lpf_ceof; //通过截止频率和采样率计算出的一阶低通滤波器系数
+	float Ksmo;      //滑膜增益
+	float Ksta;      //sigmoid 函数最大饱和
+
+	float pll_kp;
+	float pll_ki;
+	float pll_integrator;
+	float pll_max_rad_pers;
+	float Ialpha_hat; //估计alpha电流
+	float IBeta_hat;  //估计beta电流
+	float est_eAlpha; //估计反电动势alpha
+	float est_eBeta;  //估计反电动势beta
+	float est_eAlpha_Filted;
+	float est_eBeta_Filted;
+
+	float est_angle; //degree
+	float est_angle_out;
+	float est_rad_pers; //每秒度数
+	float est_rad_pers_filted;
+	float motor_r;
+	float motor_ld;
+	float motor_lq;
+	float motor_poles;
+}smo_observer_t;
+
+void smo_observer_init(float pll_bandwith, float lpf_wc, float Ksmo, float Ksta);
+float smo_observer_update(float uAlpha, float uBeta, float iAlpha, float iBeta);
+float smo_observer_est_angle(void);
+float smo_observer_est_rpm(void);
+
+
+#endif /* _SMO_OBSERVER_H__ */
+

Applications/math/fast_math.h

@@ -1,7 +1,7 @@
 #ifndef _Fast_Math_H__
 #define _Fast_Math_H__
 #include <arm_math.h>
-
+#include "libs/utils.h"
 // Constants
 #define ONE_BY_SQRT3			(0.57735026919f) // 1/sqrt(3)
 #define TWO_BY_SQRT3			(2.0f * 0.57735026919f)
@@ -26,6 +26,9 @@ void fast_sincos(float angle, float *sin, float *cos);
 float fast_arctan2(float y, float x);
 void SinCos_Lut(float angle, float *s, float *c);
 
+#define MATH_sat(in, minOut, maxOut) (min((maxOut), MAX((in), (minOut))))
+
+
 static __INLINE int32_t sclamp(int32_t v, int32_t minv, int32_t maxv) {
 	if (v < minv) {
 		return minv;
@@ -35,6 +38,16 @@ static __INLINE int32_t sclamp(int32_t v, int32_t minv, int32_t maxv) {
 	return v;
 }
 
+static __INLINE float fclamp(float v, float minv, float maxv) {
+	if (v < minv) {
+		return minv;
+	}else if (v > maxv) {
+		return maxv;
+	}
+	return v;
+}
+
+
 static void fast_norm_angle(float *angle) {
 	*angle = fmodf(*angle, 360.0f);
 
@@ -63,6 +76,44 @@ static __INLINE void step_towards(float *value, float goal, float step) {
     }
 }
 
+/**
+ * Fast atan2
+ *
+ * See http://www.dspguru.com/dsp/tricks/fixed-point-atan2-with-self-normalization
+ *
+ * @param y
+ * y
+ *
+ * @param x
+ * x
+ *
+ * @return
+ * The angle in radians
+ */
+static __INLINE float fast_atan2(float y, float x) {
+	float abs_y = fabsf(y) + 1e-20f; // kludge to prevent 0/0 condition
+	float angle;
+
+	if (x >= 0) {
+		float r = (x - abs_y) / (x + abs_y);
+		float rsq = r * r;
+		angle = ((0.1963f * rsq) - 0.9817f) * r + (M_PI / 4.0f);
+	} else {
+		float r = (x + abs_y) / (abs_y - x);
+		float rsq = r * r;
+		angle = ((0.1963f * rsq) - 0.9817f) * r + (3.0f * M_PI / 4.0f);
+	}
+
+	UTILS_NAN_ZERO(angle);
+
+	if (y < 0) {
+		return(-angle);
+	} else {
+		return(angle);
+	}
+}
+
+
 static void normal_sincosf(float angle, float *sin, float *cos) {
 	*sin = arm_sin_f32(angle);
 	*cos = arm_cos_f32(angle);
@@ -89,6 +140,7 @@ static void normal_sincosf(float angle, float *sin, float *cos) {
  */
 //#define LowPass_Filter(value, sample, filter_constant)	(value = value * (1.0f - filter_constant) + sample * filter_constant)
 #define LowPass_Filter(value, sample, filter_constant)	(value = ((float)sample - (float)value) * filter_constant + value)
+#define do_lpf(value, sample, filter_constant)	(((float)sample - (float)value) * filter_constant + value)
 
 
 static float limitRPM(float vel_limit, float vel_estimate, float vel_gain, float torque) {

Applications/math/fix_math.h

@@ -100,8 +100,6 @@ static __INLINE float S32Q4toF(s32q4_t v) {
 } 
 */
 
-#define MATH_sat(in, minOut, maxOut) (min((maxOut), MAX((in), (minOut))))
-
 static __INLINE u16 Sqrt_Fix( u32 wInput )
 {
 	s32 wtemprootnew;

Project/MC100.uvoptx

@@ -240,7 +240,7 @@
 
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