无感 FOC：高频注入法（HFI）

系列：电机控制系列 - 第 12 篇 难度：⭐⭐⭐⭐ 适用：IPM 电机（电感凸极）

前言

SMO 在低速失效 → 需要高频注入法（HFI）

HFI 优势：

• ✅ 零速/低速性能好
• ✅ 不依赖反电动势
• ❌ 需要电感凸极（IPM）

一、高频注入原理

1.1 电感凸极效应

IPM 电机：Ld < Lq

 d 轴（磁极方向）：磁路磁阻小 → Ld 小
 q 轴（垂直磁极）：磁路磁阻大 → Lq 大
 
 电感随位置变化：
 L(θ) = (Ld + Lq)/2 + (Lq - Ld)/2 · cos(2θ)

1.2 高频注入

注入信号（高频电压）：

 vd_hf = V_inj · sin(ωh·t)  // d 轴注入
 vq_hf = 0
 
 其中：
 - V_inj：注入幅值（50-200V）
 - ωh：注入频率（500-2000 Hz）

响应电流（包含位置信息）：

 id_hf ≈ V_inj / (ωh·Ld) · cos(2θ_error)
 iq_hf ≈ V_inj / (ωh·Lq) · sin(2θ_error)
 
 其中：θ_error = θ_true - θ_est

二、HFI 实现

 /**
  * @brief 高频注入
  */
 void HFI_Update(HFI_t *hfi, float *vd, float *vq, float id, float iq) {
     // 1. 注入信号
     float v_inj = hfi->v_inj * sinf(hfi->theta_inj);
     hfi->theta_inj += 2.0f * M_PI * hfi->freq_inj * hfi->dt;
     
     *vd += v_inj;
     
     // 2. 提取高频分量（带通滤波）
     float id_hf = Bandpass_Filter(id, hfi->freq_inj);
     float iq_hf = Bandpass_Filter(iq, hfi->freq_inj);
     
     // 3. 解调（乘以注入频率）
     float demod = 2.0f * id_hf * sinf(hfi->theta_inj);
     
     // 4. 低通滤波 → 位置误差
     float error = LPF(demod);
     
     // 5. PLL 跟踪
     hfi->theta_est += hfi->pll_kp * error * hfi->dt;
     
     // 归一化
     if (hfi->theta_est > 2.0f * M_PI) hfi->theta_est -= 2.0f * M_PI;
     if (hfi->theta_est < 0) hfi->theta_est += 2.0f * M_PI;
 }

三、HFI + SMO 融合

 /**
  * @brief 混合无感控制
  */
 void Sensorless_Hybrid_Update(FOC_t *foc) {
     if (foc->omega_m < 0.1f) {
         // 低速：高频注入
         HFI_Update(&foc->hfi, &foc->vd, &foc->vq, foc->id, foc->iq);
         foc->theta_e = foc->hfi.theta_est;
     } else {
         // 高速：滑模观测器
         SMO_Update(&foc->smo, ...);
         foc->theta_e = foc->smo.theta_est;
     }
 }

四、总结

HFI 核心要点：

1. 利用电感凸极效应
2. 高频电压注入 → 高频电流响应
3. 解调提取位置误差
4. 仅适用于 IPM 电机

下一篇：弱磁控制