14压缩机启动状态机

V/f → HFI → BEMF → 弱磁全过程

学完应能回答

• 能背出 7 个状态的顺序，并说清每段的进入条件与退出条件
• 理解 V/f → HFI → BEMF 的两次握手为什么按转速分档：取决于"角度信号信噪比"
• 会用反液击斜坡 accelRampRpmS（300-800 rpm/s）保护压缩机阀片
• 看到 Iq 突冲 / 转速反向 / 停在 align 三类波形，能快速定位是哪一段出错
• 能在 STM32 上把 7 状态映射成 enum + switch，并写出 timeout / fault 兜底

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零基础速入

为什么要学

• "压缩机启动失败"是售后第一大类故障，几乎都是状态机设计问题。
• 状态机思维能让代码可测、可调、可移植——不用担心每个新机型从头试错。
• 反液击斜坡是行业经验值（300-800 rpm/s），违反就可能损坏阀片和活塞。

学习目标

• 理清压缩机启动 7 个状态及切换条件
• 理解反液击斜坡的工程意义
• 会读启动失败时的状态机日志

核心概念

• 上电后状态机依次推进；每个状态有 entry/exit/timeout。
• 状态切换条件常用滞回比较器避免抖动。
• 反液击核心是限制 dω/dt，让液态制冷剂被气化前不被快压。

公式

工程意义

• 状态机是现场调试的"导航地图"——故障定位先看是哪个状态卡住或异常切换。
• 每个状态的 timeout / fault 条件必须显式定义，不能依赖"应该会切过去"。
• 弱磁与 BEMF 状态可以共存，弱磁是 BEMF 状态的子集行为。

STM32 移植指南

• 用 enum + switch 实现，每个 case 处理 entry / steady / exit。
• 状态变量、时间戳、上一状态都要记录，便于黑匣子回放。
• 从一个状态到另一个状态时，重置控制器积分器（PI 切换）以避免冲击。

常见误区

调试方法

• 启动失败时记录最后状态 + 该状态停留时长 + 上一状态。
• 示波器同时抓母线电压、Iq、转速，看哪一拍出问题。
• 阶跃测试每个状态的进入/退出，模拟极端值（加大斜坡、最小目标转速等）。

建议实验

• 加速斜坡 200 vs 1500 rpm/s，看启动总耗时和 Iq 峰值。
• 改 HFI 切入阈值 50 → 200 rpm，看启动序列变化。
• 目标转速从 3000 改到 8000，看是否进入弱磁状态。

STM32 C 代码骨架

/* compressor_startup.c — 7 状态启动状态机 */

typedef enum {
    STATE_IDLE,
    STATE_PRECHARGE,
    STATE_ALIGN,
    STATE_OPEN_LOOP,
    STATE_HFI,
    STATE_BEMF,
    STATE_FIELDWEAK,
    STATE_FAULT
} startup_state_t;

typedef struct {
    startup_state_t state;
    uint32_t state_enter_ms;
    float rpm_ref;
    float rpm_actual;
    float accel_ramp_rpm_s;
} startup_ctx_t;

void startup_tick(startup_ctx_t *ctx, float dt) {
    uint32_t age = HAL_GetTick() - ctx->state_enter_ms;

    switch (ctx->state) {
    case STATE_IDLE:
        if (cmd_start_received()) goto_state(ctx, STATE_PRECHARGE);
        break;

    case STATE_PRECHARGE:
        if (g_state.udc > UDC_OK_THRESHOLD && age > 200) {
            goto_state(ctx, STATE_ALIGN);
        }
        if (age > 2000) goto_fault(ctx, FAULT_PRECHARGE_TIMEOUT);
        break;

    case STATE_ALIGN:
        /* 给 d 轴施加直流让转子归零 */
        set_open_loop_voltage(ALIGN_VD, 0, 0);
        if (age > ALIGN_DURATION_MS) {
            ENCODER->CNT = 0;       // 清编码器零位
            goto_state(ctx, STATE_OPEN_LOOP);
        }
        break;

    case STATE_OPEN_LOOP:
        ctx->rpm_ref += ctx->accel_ramp_rpm_s * dt;
        if (ctx->rpm_ref >= HFI_HANDOFF_RPM) {
            goto_state(ctx, STATE_HFI);
        }
        break;

    case STATE_HFI:
        ctx->rpm_ref += ctx->accel_ramp_rpm_s * dt;
        if (ctx->rpm_ref >= BEMF_HANDOFF_RPM && bemf_lock_quality_ok()) {
            goto_state(ctx, STATE_BEMF);
        }
        break;

    case STATE_BEMF:
        ctx->rpm_ref = ramp_to(ctx->rpm_ref, ctx->target_rpm,
                               ctx->accel_ramp_rpm_s * dt);
        if (ctx->rpm_actual > FIELDWEAK_RPM) {
            goto_state(ctx, STATE_FIELDWEAK);
        }
        break;

    case STATE_FIELDWEAK:
        /* 弱磁不是新状态，是 BEMF 上的修饰；这里允许双向切换 */
        if (ctx->rpm_actual < FIELDWEAK_RPM - HYST) {
            goto_state(ctx, STATE_BEMF);
        }
        break;

    case STATE_FAULT:
        disable_pwm();
        break;
    }
}

/* 关键：状态切换时记录黑匣子 + 重置 PI 积分器 */
void goto_state(startup_ctx_t *ctx, startup_state_t next) {
    snapshot_log(ctx->state, next, HAL_GetTick());
    pi_reset(&pi_iq);
    pi_reset(&pi_id);
    ctx->state = next;
    ctx->state_enter_ms = HAL_GetTick();
}

下一步

• 第三波模块：APF 前级 + 压缩机故障库（液击 / 堵转 / 缺相 / 母线欠压）。

随堂题