TI&DSP_F28335手搓系列：斜坡给定函数、T型、S型。速度环周期实现和调用的学习和平台验证
导读：手搓系列-PMSM_FOC_sensor,ABZ编码器的第六篇内容，主要介绍速度规划，速度环周期调用和速度规划嵌入到速度环中的应用。
注：开发环境、平台和PMSM_FOC_sensor,ABZ编码器的理论部分不再做赘述
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系列文章主要安排，如下：
图1 开发环境
开发环境，如图（1）所示，采用MATLAB/Simulink和CCS。对PMSM_FOC_sensor先进行仿真实现，采用离散化、标幺化和sfunction模块M语言实现，方便后续持续开发。硬件平台的实现，利用CCS编译器进行C代码实现，然后编译、烧录到控制板，进行实物测试验证。
前期准备：1、搞明白为什么要进行速度规划；
2、斜坡函数、T型和S型速度规划的优势以及其原理和实现的过程；
3、速度环为什么要进行周期调用；
4、经验总结：
（1） 速度规划的上升时间和下降时间要留出调试功能码，速度规划方法的切换（在某些工况下，上升和下降时间的设置会影响电机的启停）；
（2） 速度环的PI参数整定如何设计，在低速和高速区域采用两组PI参数，分别怎么设计？如何进行切换；
（3）速度环的周期调用时间（调用频率）怎么确定？在任何应用场合下，周期调用的时间不变吗？变化的话，要遵循什么样的规则？；
（4）如何将速度规划嵌入到速度环中？
图1 测试的角度和电流的波形变化
电机控制中的速度控制策略，用于实现平稳的速度变化。这种控制策略通过线性或非线性的速度变化来减小启停和停止过程中的冲击，提高系统的动态响应和稳定性。常见的就是斜坡给定和T、S型速度规划，来实现电机精确的速度跟踪和良好的动态性能。
图2 实际波形变化
从图（2）可以看出：斜坡给定规划给定转速的路径，使实际转速没有过大的冲击且动态过程平稳。
6.1 为什么要进行速度规划
电机控制中速度给定的缓启动的内容，一般常见的有斜坡给定和T、S型速度规划。这样处理，主要通过控制电机转速逐渐上升的方式，减少启动瞬间的大电流冲击以及机械部件的振动和磨损。
6.2 常用的速度规划方法的原理介绍以及实现、仿真测试
6.2.1 斜坡函数给定
预备知识：
其中A为增益，相当于给定一个速度，在时间[0,t0]期间内，按照A作为加速度，匀加速或者匀减速到速度给定值Vref。
斜坡函数适用于速度环中的速度给定，其最终目的就是让输入信号变得更加平缓、减小系统超调、从而优化系统的时间响应。
斜坡函数离散化：
将斜坡函数离散化，按照detaT的时间采样，那么可以将输入离散化：
设计思路：
首先这里简单讲一下斜坡函数实现的思路：
通常在实际控制系统中，在定时器、中断或者事件函数中，需要根据系统当前值、目标值和延迟函数进行一次计算，得到斜坡函数需要执行的步数和斜坡函数的斜率。
图6.1 斜坡函数给定的脚本测试
总结1、斜坡给定函数：该函数可生成平滑的速度给定曲线，避免阶跃给定导致的电流冲击，适用于电机启动、调速等场景，支持上升段、匀速段、下降段的全流程配置。
6.2.2 T型速度规划（重点）
后面高性能部分进行总结介绍。
6.2.3 S型速度规划（重点）
后面高性能部分进行总结介绍。
6.3 为什么要进行周期调用速度环
速度环周期调用的核心原因：速度环作为电机控制系统中的中间闭环环节，其周期调用是实现动态响应与稳定性平衡的关键机制。根据控制需求，速度环的控制周期通常为毫秒级（如1-10ms），需通过定时器中断等方式周期性触发，以确保实时性和控制精度。
@实时修正误差：
速度环需持续对比目标速度与实际速度（通过编码器或测速机反馈），周期性计算偏差并通过PI控制器输出电流指令。若调用间隔过长，会导致误差积累，引发超调或响应滞后。
@系统动态响应匹配：
电机负载变化需通过高频调整电流指令补偿。例如，在TIM中断中每5ms执行一次速度环计算，可快速抑制速度波动。
@嵌套闭环协同：
速度环位于电流环（微秒级）之前，其周期需匹配内外环带宽。若速度环周期过长，会导致电流环指令更新滞后，破坏系统稳定性。
周期参数设计原则：
@与机械特性匹配：
负载惯性越大，速度环周期应越小。例如，数控机床伺服系统通常采用1ms周期以平衡响应速度与稳定性。
@避免资源冲突：
需确保速度环周期不与电流环、位置环中断冲突。如某系统中电流环每100μs调用，速度环可设为5ms（50倍电流环周期）。
@实验整定优化：
通过逐步调整周期（如从10ms缩短至1ms），观察超调量与震荡情况。
速度环的周期调用是实现电机精准调速的核心保障，其周期需根据控制目标、机械惯性及系统带宽综合设计。通过高频次、规律性的误差检测与指令更新，可有效抑制负载扰动，确保电机在动态过程中稳定跟踪目标速度。
6.4 速度环的PI参数整定以及标幺化实现，将速度规划嵌入到速度环中实现规划功能
@个人对带宽的理解：
电机控制中的带宽，核心是控制系统对快速变化信号的响应能力（指闭环控制系统能稳定跟踪的最高输入信号频率，单位通常为Hz）。
简单理解：带宽像系统的“反应速度上限”，带宽越高，系统能快速跟上目标值的变化（比如电机突然加速、位置快速切换），动态响应越灵敏；带宽越低，系统反应越慢，容易出现滞后，但稳定性可能更好。
