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MIT关节电机相序校准

news 来源：原创 2025/8/15 5:17:10

UVW三相相序判断
电机相序校正是确保多关节控制系统正常运行的重要步骤。在实际应用中，每个电机定子的三相线（W、U、V）的连接顺序可能存在差异，这是由于制造过程中的随机接线所致。不过，通过简单的校正方法，可以确保系统的正常运行。

测试步骤
给电机q轴施加正向电流指令，观察编码器反馈值的变化趋势：

当编码器值呈现单调递增时，表明相序连接正确
当编码器值呈现单调递减时，表明相序需要调整

void order_phases(EncoderStruct *encoder, ControllerStruct *controller, CalStruct * cal, int loop_count){
/* 相序校验函数：确保Q轴正电流产生与位置传感器正方向一致的转矩
* 参数：
* encoder - 编码器数据结构体指针
* controller - 控制器参数结构体指针
* cal - 校准参数结构体指针
* loop_count - 当前循环计数 */

PHASE_ORDER = 0; // 初始化相位顺序标志

if(!cal->started){
/* 校准初始化阶段 */
printf("Checking phase sign, pole pairs\r\n"); // 打印调试信息
cal->started = 1; // 设置校准启动标志
cal->start_count = loop_count; // 记录起始循环计数
}
cal->time = (float)(loop_count - cal->start_count)*DT; // 计算当前校准时间（基于时间步长DT）

if(cal->time < T1){ // 第一阶段：电压角度置零等待转子稳定
// 设置电压角度为0（电角度对齐阶段）
cal->theta_ref = 0; // 参考角度置零（原始代码注释被修改）
cal->cal_position.elec_angle = cal->theta_ref; // 写入电气角度
cal->cal_position.elec_velocity = 0; // 电气速度置零

// 设置直轴电流给定值，q轴电流置零（磁链对齐）
controller->i_d_des = I_CAL; // 注入预设校准电流（直轴）
controller->i_q_des = 0.0f; // q轴电流保持零（避免产生转矩）

commutate(controller, &cal->cal_position); // 执行换相操作
cal->theta_start = encoder->angle_multiturn[0]; // 记录初始机械角度
return; // 退出当前循环
}

针对第一个阶段，T1的值=1，也就是在1s内实现转子和定子磁场对齐；

else if(cal->time < T1+2.0f*PI_F/W_CAL){ // 第二阶段：电压矢量旋转
/* 旋转电压矢量完成一个完整电气周期（2π）*/
cal->theta_ref = W_CAL*(cal->time-T1); // 计算动态参考角度（按预设角速度旋转）
cal->cal_position.elec_angle = cal->theta_ref; // 更新电气角度
commutate(controller, &cal->cal_position); // 执行换相
return; // 保持当前状态直到完成旋转
}

第二个阶段用到了W_CAL,这个值是角速度，10rad/s，也就是过了1秒以后，旋转2PI电弧度，

2.0f*PI_F/W_CAL代表经过的周期次数，

此部分没有这两个值，延续上面的值

controller->i_d_des = I_CAL
controller->i_q_des = 0.0f

通过固定i_q_des=0，避免电机产生转矩，同时通过i_d_des=I_CAL注入直轴电流以稳定磁场，确保电压矢量旋转时电机仅响应相位变化，从而通过编码器反馈判断相序方向

通常情况下，给一个较大的电压到d轴上，缓慢的让角度递增，转子会在磁场力的作用下，随着旋转矢量的方向缓慢转动。此时，判断编码器的值是递增还是递减，如果递增，则一切正常。如果是递减，则在程序里，调换V相和W相的输出。

/* 第三阶段：校验结果处理 */
reset_foc(controller); // 重置磁场定向控制器参数

// 计算最终机械角度差
float theta_end = encoder->angle_multiturn[0]; // 获取结束时刻机械角度
cal->ppairs = round(2.0f*PI_F/fabsf(theta_end-cal->theta_start)); // 计算极对数（机械角度→电气角度转换）

2PI除以弧度差

// 判断相位顺序方向
if(cal->theta_start < theta_end){
cal->phase_order = 0; // 相位顺序正确
printf("Phase order correct\r\n");
}
else{
cal->phase_order = 1; // 需要交换相位顺序
printf("Swapping phase sign\r\n");
}

// 输出校准结果
printf("Pole Pairs: %d\r\n", cal->ppairs);
printf("Start: %.3f End: %.3f\r\n", cal->theta_start, theta_end);

// 写入全局参数
PHASE_ORDER = cal->phase_order; // 更新系统相位顺序标志
PPAIRS = (float)cal->ppairs; // 更新系统极对数参数

// 重置校准状态
cal->started = 0; // 清除启动标志
cal->done_ordering = 1; // 设置校准完成标志
}

关键注释说明：

阶段划分：通过时间条件划分三个校准阶段（对齐→旋转→校验），符合电机控制系统的典型校准流程
7
电流控制：保持q轴电流为零避免转矩干扰，通过直轴电流对齐转子位置
8
角度计算：cal->ppairs的计算公式实现了机械角度到电气角度的转换（2π对应一个电气周期）
安全措施：使用fabsf()保证角度差绝对值计算，round()确保极对数取整正确
3
调试输出：包含完整的调试信息打印，符合嵌入式调试规范

建议结合系统文档补充以下宏定义的说明：
I_CAL（校准电流值）=0.125

W_CAL（校准角速度）=10rad/s

T1（对齐阶段持续时间）=1S

等参数的具体数值和物理意义

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