Wenn FOC „laut“ oder instabil wirkt: Timing synchronisieren

Problem: Häufig liegt es am Timing: Der ADC tastet die Phasenströme nicht zum richtigen Zeitpunkt relativ zur PWM ab. Mit dieser Checkliste richten Sie PWM-Erzeugung, ADC-Trigger, DMA und die Control-ISR so aus, dass Ihr Regelkreis saubere, deterministische Daten sieht.

Warum Synchronisation wichtig ist

• Deterministische Abtastung reduziert Rauschen und Jitter, die PI/FOC-Loops destabilisieren.

• Wiederholbares Timing erlaubt CPU/DMA/ISR-Budgetierung – und schnelleres Debugging.

• Eine vorhersagbare Phase zwischen PWM und ADC stabilisiert Observer und Gain-Scheduling.

Checkliste

Eine stabile PWM-Basis wählen

• Center-aligned PWM auf einem Advanced Timer (z. B. TIM1/TIM8) verwenden.

• Preload für ARR/CCR aktivieren und Updates bei UEV anwenden, damit Duty-Änderungen atomar sind.

• Totzeit budgetieren und die Abtastung in ein ruhiges Fenster legen.

Den ADC vom Timer triggern (nicht per Software)

• Hardware-Trigger wählen, der an ein präzises PWM-Ereignis (Compare oder Update) gebunden ist.

• Über den TRGO/TRGO2 des Timers auf den externen ADC-Trigger routen.

• Für Phasenströme injizierte Konversionen bevorzugen; Regular-Group für langsamere Kanäle.

Das Sample ins „ruhige“ Fenster legen

• Abseits der Schaltflanken und nach Totzeit/Blanking sampeln.

• Bei Shunts: auf die tatsächlich leitende Phase ausrichten; zweites Sample nehmen, wenn Rekonstruktion nötig ist.

• Sample-&-Hold-Zeit passend zur Quellenimpedanz (Verstärker + Shunt) wählen.

Daten mit DMA bewegen und die ISR schlank halten

• DMA nutzen, um ADC-Werte in einen kleinen, festen Puffer zu schreiben.

• Bei PWM- oder Halb-PWM-Raten die DMA-Half/Full-Transfer-Flags verwenden, um die Control-ISR mit frischen Daten zu wecken.

• Schnelle ISR minimal halten; langsameres in Background/RTOS-Tasks verlagern.

Timing am Prüfstand verifizieren

• Einen Debug-GPIO am ISR-Ein-/Austritt toggeln und gegen PWM-Flanken messen.

• Falls möglich, ein Timer-Referenzsignal auf einem freien Kanal ausgeben, um den ADC-Triggerpunkt zu visualisieren.

• ISR-Jitter über Last/Temperatur/Build-Varianten im Budget halten.

Ströme kalibrieren und skalieren

• ADC-Offset-Kalibrierung durchführen, bevor die PWM aktiviert wird.

• Pro-Kanal Offset/Skalierung speichern; beim Bring-up loggen.

• Plausibilitätscheck der gemessenen Ströme gegen Zwischenkreiswerte und Ihr Motormodell.

Die Regelung schützen

• Überstrom/Over-/Undervoltage/Over-Temperature entprellen und in definierte Safe States gehen.

• Fehlerursache + Kontext (Duty, Drehzahlschätzung, Phasenströme) loggen.

Häufige Fallstricke

• Software-gestartete ADC-Konversionen (nicht-deterministisch).

• Abtastung zu nah an Schaltflanken oder innerhalb der Blanking-Zeit.

• DMA-Puffer-Races (Lesen, während DMA schreibt).

• CCR ohne Preload ändern → Mid-Cycle-Glitches.

• Repetition-Counter-Verhalten der Advanced Timer übersehen.

Was beim Bring-up geloggt werden sollte

• PWM-Frequenz, ADC-Trigger-Quelle und Abtastzeit.

• ISR-Dauer und Jitter (min/avg/max).

• Strom-Offsets/Skalen und alle Fault-Events.

• Ein kurzer Scope-Screenshot: PWM-Flanken vs. Sample-Zeitpunkt.

Wo das in Ihrem Projekt passt

Wenn Sie mit Rauschen, instabilen PI-Gains oder Timing-Anomalien kämpfen, beginnen Sie mit der Synchronisation. Sobald die Abtastung deterministisch ist, werden Tuning und Diagnostik deutlich einfacher.

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