基于FOC驱动器，如何实现卡丁车下坡无阻力的遛坡的效果

Question

硬件：FOC驱动器

算法：FOC算法

疑问：

卡丁车可以在下坡的时候无阻力的遛坡，这样速度就可以很快，电瓶车也是如此。我近日想要通过手头的一块FOC的驱动器，基于FOC算法实现类似的无阻力的下坡效果，发现：

• FOC速度闭环效果可以实现防遛坡效果
• FOC速度开环效果依然会有一定的阻力，阻碍遛坡
• FOC力矩模式，无法以速度为调节，不满足使用条件

那么我应该对FOC代码中哪一部分进行调节呢？
思路：

• 想要遛坡就要降低电流，当以一定速度下坡时，降低原本的闭环电流，那么应该用什么条件来触发电流降低呢？这里，我查看了simpleFOC的驱动代码，一时半会难以想出解决办法：例如因外力原因，速度偏大，那么电机也会增大电流来抑制速度；速度偏低，电机也会增大电流来增加速度；只有当负载变轻的时候，电流才会减小来降低速度？

    case MotionControlType::velocity:
      // velocity set point - sensor precision: this calculation is numerically precise.
      shaft_velocity_sp = target;
      // calculate the torque command
      current_sp = PID_velocity(shaft_velocity_sp - shaft_velocity); // if current/foc_current torque control
      // if torque controlled through voltage control
      if(torque_controller == TorqueControlType::voltage){
        // use voltage if phase-resistance not provided
        if(!_isset(phase_resistance))  voltage.q = current_sp;
        else  voltage.q = _constrain( current_sp*phase_resistance + voltage_bemf , -voltage_limit, voltage_limit);
        // set d-component (lag compensation if known inductance)
        if(!_isset(phase_inductance)) voltage.d = 0;
        else voltage.d = _constrain( -current_sp*shaft_velocity*pole_pairs*phase_inductance, -voltage_limit, voltage_limit);
      }
      break;

    case TorqueControlType::foc_current:
      if(!current_sense) return;
      // read dq currents
      current = current_sense->getFOCCurrents(electrical_angle);
      // filter values
      current.q = LPF_current_q(current.q);
      current.d = LPF_current_d(current.d);
      // calculate the phase voltages
      voltage.q = PID_current_q(current_sp - current.q);
      voltage.d = PID_current_d(-current.d);
      // d voltage - lag compensation - TODO verify
      // if(_isset(phase_inductance)) voltage.d = _constrain( voltage.d - current_sp*shaft_velocity*pole_pairs*phase_inductance, -voltage_limit, voltage_limit);
      break;
    default:
      // no torque control selected
      SIMPLEFOC_DEBUG("MOT: no torque control selected!");
      break;
  }

Answer 1

参考免费微信小程序：皆我百晓生 作答，经由专家-皆知整理回复，如问题解决，望采纳；如仍有疑问，请评论回复。

为了实现卡丁车在下坡时无阻力遛坡的效果，关键在于让电机不施加制动扭矩，同时确保电机能够自由旋转以跟随车辆的自然下滑速度。基于您提供的FOC（Field Oriented Control）驱动器代码框架，我们需要调整控制策略，使得电机既不主动加速也不提供制动，而是被动地随着车体的速度变化而变化。

调整思路

1. 取消力矩控制：在下坡模式下，首要任务是取消任何力矩指令，让电机不再主动输出正向或反向力矩。这意味着在下坡期间，我们应当将力矩控制目标设为零或跟随实际测量的力矩值，确保电机不抗拒车辆的自然运动趋势。

2. 电压控制策略调整：对于电压控制部分，我们应当确保电机绕组上的电压主要是用来补偿反电动势(BEMF)，而不是施加额外的力矩。这要求我们根据实际的转速动态调整电压q轴分量，以保持电压差（指令电压减去BEMF）接近于零，从而让电机顺畅地自由旋转。

3. 滤波与补偿考虑：在下坡时，可能需要适当调整电流环和速度环的滤波参数，以减少不必要的响应延迟或过冲，但这也取决于具体系统响应特性和稳定性需求。

修改代码示例

针对您的代码段，以下是一种可能的调整方式：

// 在进入下坡模式前，确保设置合适的控制类型
motion_control_type = MotionControlType::no_control; // 假设新增一个不施加控制的模式
torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 确保使用电压控制

// 下面是修改后的控制逻辑部分
switch (motion_control_type) {
  // ... 其他控制类型处理 ...

  case MotionControlType::no_control:
    // 在此模式下，我们不设定速度或力矩目标，而是让电机自由跟随车辆
    shaft_velocity_sp = 0; // 取消速度设定点
    current_sp = 0; // 取消力矩设定点

    // 计算电压指令以补偿BEMF，假设没有额外的力矩需求
    voltage_bemf = _calculateBackEMF(shaft_velocity); // 基于转速计算BEMF
    voltage.q = _constrain(voltage_bemf, -voltage_limit, voltage_limit); // 仅补偿BEMF，维持电机自由旋转
    voltage.d = 0; // 不需要d轴补偿

    // 如果已知电感和电阻，可以进行更精细的调整，但这里简化处理
    break;

  // ... 其他case ...
}

// 注意：_calculateBackEMF是一个假设的函数，用于根据当前转速计算反电动势电压
// 实际实现时，这个函数需要依据电机的极对数、转速等因素进行计算。

注意事项

• 安全性考量：在实现无阻力遛坡功能时，务必考虑车辆安全控制系统，比如刹车和限速机制，确保在紧急情况下能够及时介入控制。
• 测试与调优：上述代码仅为示例，实际应用中需要根据电机特性、车辆质量、道路条件等进行详细测试和参数调优。
• 监控与保护：实施此类控制策略时，加强电机温度、电流和电压的监控，防止过载或失控情况发生。

通过以上调整，理论上可以实现卡丁车在下坡时的无阻力遛坡效果，但请确保在安全可控的环境下进行测试。