无感FOC故障诊断流程

用途

把"现象描述"转换成"现在就能做的验证动作"。输出的每一节都必须包含可执行动作与判据，不输出原理科普，不输出未经参数核对的绝对值。

硬性约束（先读这条）

1. 信息不足时不给数值。 缺电机参数、硬件拓扑或波形时，不输出具体 PID 值、死区时间、保护阈值。改为输出"补测清单"，并说明"缺 X，无法区分 A 和 B"。
2. 不把结论伪装成验证过的路径。 只记得结论、不记得中间过程的，标注 [结论存档，未验证]。编造的决策树比没有更危险。
3. 不推荐仅靠软件过流保护。 硬件 µs 级关断回路必须存在，软件只负责分类、记录、恢复策略。
4. 认证边界。 涉及 IEC 60335-1、GB/T 755 时只说明标准要求与工程实践，不替代正式测试判定。

第0步 信息准入

诊断前先收集下表。缺项不阻断诊断，但必须在输出里显式列出"哪些结论依赖未提供的信息"。

关键提示： 若用户只说"抖"，必须先问"哪个转速段抖"。低速抖、切换段抖、高速抖是三套完全不同的根因链。

第1步 现象分流

按下表定位到分支卡，不要从头读。

第2步 分层定位原则

核心判断：先确认转子位置是否可信，再谈控制环。

无感FOC 的很多"转速环问题"实际是观测器在低速段角度估算偏差导致的。低速时反电动势信号弱，死区、功率管压降、采样误差对观测器输入电压的污染占比大，角度偏差直接表现为转矩脉动和转速波动。此时调速度环 PI 是无效动作。

角度可信度三项检验

按顺序做，任一项不通过就先停在该层，不要往下调控制环：

1. 角度偏差直测 — 开环强拖到目标转速，同时记录估算角度与真实角度（编码器，或用反电动势过零点反推）。低速段偏差 > 20° 电角度即不可信。
2. 相电流正弦度 — 空载恒速，看相电流波形。含明显 6 次谐波 → 反电动势/角度对称性问题；含直流偏置 → 采样零漂。
3. 反电动势观测幅值线性度 — 观测器输出幅值是否随转速线性增长。非线性或饱和 → 观测器参数或电压重构有误。

定位顺序

观测器层（角度可信？）
   ↓ 可信
控制环层（先内环后外环）
   ↓ 已稳定
功率级层（电压真加到电机上了吗？）
   ↓ 正常
保护层（阈值与响应时间是否匹配工况？）

第3步 分支执行卡

每张卡格式：特征 → 首查（先排除什么）→ 验证动作 → 判据 → 处置方向 → 常见误判

C1 启动失败

• 特征：上电无反应、抖几下停、启动反转、冷机正常热机失败（或反之）
• 首查：预定位是否真的把转子对齐。示波器看三相电流，预定位期间电流应稳定达到设定值。电流上不去 → 先查母线电压、采样偏置标定、PWM 是否真的发出。
• 验证动作：
  1. 开环 I/F 单独跑，不给闭环。能稳定转 → 问题在切换或观测器；不能转 → 问题在功率级、采样标定或参数。
  2. 强拖电流从小往大加，记录能起转的最小电流 → 判断负载转矩与电流标定是否匹配。
  3. 测预定位结束、释放瞬间转子是否有回弹 → 预定位时间不足（时间常数 L/R，通常需 3–5τ）或电流太小。
• 判据：开环能稳定转且电流对称 → 定位到 C2；开环都转不动 → 定位功率级（C5）或采样标定（C8）。
• 常见误判：一上来调观测器增益。先确认开环通路本身是通的——这是最快的排除法。
• 反转专项：若开环就反转，查相序（U/V/W 与驱动通道对应）和电流极性（采样正负号），不要调启动参数。

C2 切闭环冲击

• 特征：切换瞬间电流尖峰、转速跌落、异响、偶发失步或停机
• 根因优先级：① 观测器角度未预置为当前开环角度，切换时角度突变 → ② 切换点转速过低，反电动势不足以支撑观测器 → ③ 切换时电流/转速给定跳变
• 验证动作：切换瞬间同时抓估算角度与开环角度（DAC 输出、PWM 占空比模拟输出，或串口高速打印）。看两者差值与变化率。
• 判据：切换前角度差 > 20–30° 电角度 → 确认是角度突变；角度差小但仍冲击 → 查电流给定是否连续、速度环积分器是否被复位或未预置。
• 处置方向：把观测器角度（或 PLL 积分器状态）预置为当前开环角度；提高切换转速/电流；切换后角度按权重渐进过渡（开环角 → 估算角），不要硬切。
• 常见误判：把切换冲击当"PI 参数不好"去调速度环。切换是一个状态机事件，不是调参问题。

C3 低速抖动 / 转矩脉动

• 特征：低速段抖动明显、噪音大、带载能力差；中高速反而正常
• 根因优先级：① 电压重构未补偿死区与功率管压降 → ② 电流采样零漂/偏置（低速小电流时误差占比大）→ ③ 观测器带宽过低导致相位滞后 → ④ 角度分辨率/估算步长不足
• 验证动作：
  1. 空载低速恒速，测相电流 THD 与 6 次谐波含量。
  2. 停机状态测零漂：PWM 全关（或固定零矢量），连续多次采样取均值。偏置应小于满量程的 1%。
  3. 死区补偿 A/B 对比：关掉补偿再打开，对比低速电流波形差异。
• 判据：关掉死区补偿抖动明显加剧 → 补偿方向或幅度需重新标定；补偿开着仍抖 → 查采样零漂；两者都正常仍抖 → 观测器带宽/角度滞后。
• 处置方向：先校零漂（这是所有下游工作的前提），再做死区补偿标定。按"电流方向 + 幅值"查表补偿比线性补偿准，但标定工作量更大。
• 常见误判：把 P 值调大压抖动。P 值过大会放大角度误差带来的脉动，短期看起来压住了，实际恶化电流波形。

C4 过流保护误触发

• 特征：轻载或启动瞬间就跳、随机跳、复位后正常、报警与负载不相关
• 根因优先级：① 比较器阈值低于启动电流峰值 → ② 采样信号受开关噪声污染，采样时刻不在下管稳定导通区 → ③ 电流标定系数错（实际值与重构值不符）→ ④ 硬件过流触发后锁存未正确清除
• 验证动作：
  1. 示波器同时抓采样电阻电压与比较器输出（或故障引脚），对齐跳闸时刻。看跳闸瞬间采样波形是否真有尖峰。
  2. 用电流探头对比实际相电流与重构值，加载到额定 50%，误差应 < 5%。
  3. 小电流空载台架下临时屏蔽硬件保护，跑同工况记录软件采样峰值（仅限台架，禁止在带载/高压下做）。
• 判据：实际电流未超阈值但比较器翻转 → 噪声或采样时刻问题；实际电流确实超阈值 → 阈值设定或控制环路问题。
• 处置方向：噪声 → 采样时刻移到下管稳定导通中点 + RC 滤波 + 比较器加消隐（blanking）窗口；标定错 → 重新标定。
• 红线：不要通过调高阈值解决误触发，除非已证明实际电流未超阈值且噪声路径已排除。

C5 上管直通 / 炸管

• 特征：上管击穿、偶发炸管、高占空比或长时间满载后出现
• 根因优先级：① 自举电容不足，长时间高占空比下自举电压跌落，上管欠压导通进入线性区 → ② 死区不足或上下管驱动传输延时不一致 → ③ 相节点负压尖峰导致下管误开通 → ④ 栅极电阻/驱动电流能力与 MOS 栅极电荷不匹配
• 验证动作：
  1. 差分测上管 Vgs，在高占空比稳态下持续观察：自举电压平台是否随时间下降。下降即自举不足。
  2. 同屏测上管 Vgs 与下管 Vgs，检查开关沿是否有重叠区（必须包含驱动传输延时差）。
  3. 测相节点 dv/dt 与 Vds 尖峰，对比 MOS 的 Vds 额定裕量。
• 判据：自举平台跌落 → 电容容量或充电时间不足；Vgs 有重叠 → 死区或延时匹配问题；Vds 尖峰逼近额定 → 需吸收/布局整改。
• 处置方向：自举电容按栅极电荷与"100% 占空比需维持的时间"重算，耐压至少取 2× 自举电压（12–13V 浮动电源对应 25V 以上）；无法避免长时间 100% 占空比 → 用电荷泵或周期性刷新；死区按实测驱动延时差 + MOS 关断拖尾设定。
• 常见误判：只看死区寄存器值不看实际波形。死区数值正确但驱动传输延时不对称，一样会直通。

C6 转速环振荡 / 超调大

• 前置检查：先跑 C3 的角度可信度检验。角度不可信时，速度环怎么调都是错的。
• 验证动作：速度阶跃（如 10% → 30% 额定），同时抓实际转速与 Iq。
• 判据：
• Iq 本身在振荡 → 电流环问题，先降电流环 Kp，不要动速度环。
• Iq 干净但转速振荡 → 速度环 Kp 过大，或速度反馈滤波不足/采样率太低。
• 稳态有静差 → Ki 不足；有缓慢爬升 → 积分限幅或抗饱和未处理。
• 整定顺序（不可跳步）：速度开环 → Iq 阶跃 → 电流环稳定 → 闭速度环 → 速度阶跃。
• 带宽约束：电流环带宽 ≤ 开关频率的 1/10；速度环带宽 ≤ 电流环的 1/5。超出这个比例的"调得很快"通常是靠噪声换来的，带载就露馅。
• 弱磁顺序：弱磁会改变电流分配，必须在基速以下环路稳定之后再启用。

C7 高速带载失步 / 掉速

• 根因优先级：① 母线电压裕量不足（反电动势 + 阻抗压降 + 死区损失接近 Vdc）→ ② 弱磁未启用或不足 → ③ 观测器高速段相位滞后 → ④ 电流环电压饱和后失去电流控制能力
• 验证动作：稳态抓调制比（|Vref|/Vdc）与"Id/Iq 给定 vs 实际值"。
• 判据：
• 调制比 > 0.9 且 Iq 跟随不上 → 电压饱和，需弱磁或降速。
• 调制比有余量但失步 → 观测器高速段相位滞后，检查观测器带宽与相位补偿角。
• 处置方向：弱磁（Id < 0）拓宽恒功率区；观测器相位补偿角随转速线性修正；确认死区导致的电压损失已纳入重构（高速时它依然存在）。

C8 电流采样异常

• 特征：三相电流不对称、零漂、启动电流不准、带载时电流读数偏低
• 按采样方式分查：
• 三电阻 / 双电阻：采样时刻必须落在下管导通窗口内且避开开关振铃 → 采样点设在 PWM 中点（中心对齐模式）。
• 单电阻：占空比接近 0 或 100% 时采样窗口不足，需要移相；必须核算最小窗口约束是否满足。
• 验证动作：PWM 全关（固定零矢量）下多次采样取均值 → 得零漂；注入已知直流或双极性电流源 → 得增益系数。
• 判据：静态零漂 > 1% 满量程 → 先修硬件偏置或软件校正；增益误差 > 5% → 重标定。
• 处置方向：零漂在每次上电时自动校零（避免温漂）；单电阻方案在低调制比区考虑补采样或角度区间规避。

第4步 输出模板

诊断回复固定用这个结构，每节都必须有可执行动作：

【判断】最可能的 1–2 个根因（按可能性排序）
【依据】为什么这么判断，基于哪些已提供的信息
【现在做】1. 具体动作（改哪个参数 / 测哪个波形 / 接哪个测点）
          2. ...
【判据】看到 X → 证实，进入处置；看到 Y → 排除，转查 Z
【不确定】缺 ____，无法区分 A 和 B。补测建议：____

参数类回复必须额外说明：
- 这组值的适用前提（电机参数、母线电压、负载特性）
- 从哪个值开始、先改哪个、观察什么
- 什么算收敛（量化判据，如超调 < X%、稳态误差 < Y%）

反模式清单（出现即停下）

参考文件（按需加载，不要一次全读）

• references/observer-low-speed.md — 观测器选型、电压重构、低速角度精度、全速域融合
• references/control-loops.md — 电流环/速度环整定细节与量化判据
• references/power-stage.md — 自举电容计算、死区设计、驱动与 MOSFET 选型
• references/current-sensing.md — 三种采样方案的窗口约束与标定方法
• references/protection.md — 过流/堵转/过温的阈值、响应时间与软硬件分工
• references/measurement-playbook.md — 每个验证动作的测点、探头接法、触发设置