APM32M3514 FOC算法解析系列——第6篇：故障检测与处理

只看该作者 · 2024-12-30 12:30

本帖最后由 a976209770 于 2024-12-30 12:31 编辑

前言电机运行中，故障检测与处理是保障系统安全的重要环节。在APM32M3514中，故障检测模块覆盖了常见的过流、过压、欠压、超速等故障类型，并提供了高效的处理机制。本篇文章将基于代码中的实现，深入解析其故障检测机制及处理流程。

一、故障检测实现
故障检测的核心逻辑通过 fault_detect_fast 函数实现，该函数定期运行，以实时检测电机运行过程中的异常。主要检测以下故障类型：

过压（Over Voltage）
欠压（Under Voltage）
过流（Over Current，软件实现）
超速（Over Speed）
速度反馈错误（Speed Feedback Error）

二、代码实现
fault_detect_fast 函数解析

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void fault_detect_fast(Motor_TypeDef *Motor)

{

    /* 检测过压故障 */

    if (Motor->Foc.s16Vbus > DCBUS_OVER)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OvCnt++;

        if (Motor->User.stc_fault.u16_OvCnt > Motor->User.stc_fault.u16_OvTime)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = OVER_VOL; // 设置过压故障标志

        }

    }

    else

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OvCnt = 0; // 清除计数器

    }



    /* 检测欠压故障 */

    if (Motor->Foc.s16Vbus < DCBUS_UNDER)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_UvCnt++;

        if (Motor->User.stc_fault.u16_UvCnt > Motor->User.stc_fault.u16_UvTime)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = UNDER_VOL; // 设置欠压故障标志

        }

    }

    else

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_UvCnt = 0; // 清除计数器

    }



    /* 检测过流故障（软件实现） */

    if (abs(Motor->Foc.stc_Iuvw.s16q15_U) >= OC_VALUE || abs(Motor->Foc.stc_Iuvw.s16q15_V) >= OC_VALUE)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt++;

        if (Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt > Motor->User.stc_fault.u16_OcTime)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = OVER_CUR_SOFT; // 设置过流故障标志

        }

    }

    else

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt = 0; // 清除计数器

    }



    /* 检测超速故障 */

    if (abs(Motor->Foc.s16q15SpdObs) >= OVER_SPEED_VALUE)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OsCnt++;

        if (Motor->User.stc_fault.u16_OsCnt > Motor->User.stc_fault.u16_OsTime)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = OVER_SPEED; // 设置超速故障标志

        }

    }

    else

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_OsCnt = 0; // 清除计数器

    }



    /* 检测速度反馈错误 */

    if (Motor->Foc.s16SpdCmd > 0 && Motor->stc_SmoPara.s16q15SpdObs < 0 && eM1_RunSubState == RunState_Spin)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_PllErrCnt++;

        if (Motor->User.stc_fault.u16_PllErrCnt > Motor->User.stc_fault.u16_PllErrTime)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = SPEED_FDBK; // 设置速度反馈错误标志

        }

    }

    else

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_PllErrCnt = 0; // 清除计数器

    }



#if (1 == STALL_ENABLE)

    /* 检测失速故障 */

    if (eM1_RunSubState == RunState_Spin)

    {

        uint8_t u8ErrorTemp = stall_check(&Motor->stc_Stall, Motor->Foc.u16q15Vdq_sqrt, Motor->stc_SmoPara.s16q15SpdObs);

        if (u8ErrorTemp != 0)

        {

            Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = STALL_SPEED; // 设置失速故障标志

        }

    }

#endif

}

三、故障类型与检测机制

[td]

故障类型	触发条件	故障标志
过压	s16Vbus > DCBUS_OVER	OVER_VOL
欠压	s16Vbus < DCBUS_UNDER	UNDER_VOL
过流	s16q15_UVW>OC_VALUE	s16q15_U
超速	`	s16q15SpdObs
速度反馈错误	速度方向与命令方向不符	SPEED_FDBK
失速（可选）	调用 stall_check 检测转子锁死	STALL_SPEED

四、故障处理
1. 故障处理流程
故障检测到后，会通过以下流程处理：

设置故障标志： 通过 u16_Fault** 标志指示当前的故障类型。
切换到故障状态： 在主状态机中，当检测到故障标志时，系统会切换到故障状态。
进一步处理： 在故障状态下，慢速环继续监测故障是否恢复。

2. 状态机中的故障处理
故障状态机切换

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void M1_Run_Fast(void)

{

    fault_detect_fast(&Motor_type);



    /* 如果检测到故障，切换到故障状态 */

    if (Motor_type.User.stc_fault.u16_Fault**)

    {

        M1_SwitchFault();

    }

}

故障状态慢速环

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void M1_Fault_Slow(void)

{

    static uint16_t u16FaultTimeCnt;



    /* 显示故障信息 */

    Fault_LED_Disp();



    /* 如果故障已解除，清除故障状态 */

    if (0 == Motor_type.Foc.s16SpdCmd)

    {

        u16FaultTimeCnt++;

        if (u16FaultTimeCnt > Motor_type.User.u16FaultReleaseTimeCmd)

        {

            variable_reset(&Motor_type); // 重置电机参数

            M1_SwitchFaultStop();       // 切换到停止状态

            u16FaultTimeCnt = 0;

        }

    }

}

故障恢复

如果故障条件消失并达到一定时间（u16FaultReleaseTimeCmd），系统会清除故障标志，并切换到停止状态。

过流保护和超速保护分别通过实时监测电机的电流和速度实现。这些保护机制的实现基于软件逻辑，结合计数器与设定的阈值来判断故障，并在检测到故障时触发保护操作。

五、代码保护的实现（以过流保护为例）
过流保护的主要逻辑位于 fault_detect_fast 函数中，具体实现如下：

过流保护代码

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/* 检测过流故障（软件实现） */

if (abs(Motor->Foc.stc_Iuvw.s16q15_U) >= OC_VALUE || abs(Motor->Foc.stc_Iuvw.s16q15_V) >= OC_VALUE)

{

    Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt++;

    if (Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt > Motor->User.stc_fault.u16_OcTime)

    {

        Motor->User.stc_fault.u16_Fault** = OVER_CUR_SOFT; // 设置过流故障标志

    }

}

else

{

    Motor->User.stc_fault.u16_OcCnt = 0; // 清除计数器

}

实现逻辑

采样电流数据：
- 电机三相电流通过 ADC 采样后，存储在 stc_Iuvw 的 s16q15_U 和 s16q15_V 中。
- 过流保护主要检测 U 相和 V 相的电流。
阈值判断：
- 比较当前电流绝对值与预设的过流阈值 OC_VALUE。
- 如果任一相的电流超过阈值，增加过流计数器 u16_OcCnt。
计数器判断：
- 当计数器值 u16_OcCnt 超过允许的时间阈值 u16_OcTime 时，判定为过流故障，设置故障标志 OVER_CUR_SOFT。
计数器清零：
- 如果电流恢复正常（小于 OC_VALUE），清除计数器 u16_OcCnt。

保护机制

延时保护：
- 使用计数器避免短暂的电流尖峰导致误判。
实时性：
- fault_detect_fast 函数定期运行（通常在快速环中），实现实时监测。

六、总结

APM32M3514 的故障检测与处理模块通过快速环和慢速环的结合，保障了系统的安全性和稳定性：

检测机制： 通过计数器和时间阈值避免误判。
保护机制： 实现了快速响应和慢速恢复。
优化方向： 可结合硬件加速和低速观测器优化，提高系统可靠性。