2. 静态校准法：基于直流定位的零位标定技术

静态校准，说白了就是给电机通个直流电，让它自己跑到一个固定的电气位置，然后我们把这个位置记下来，当作零位。这个方法听起来简单，但里面门道不少。我最早接触这个技术是在一个伺服驱动器项目上，当时觉得不就是给个电流嘛，能有多复杂？结果第一次实验就发现电机抖得跟筛子似的……嗯，后来才明白，细节都在电流控制和判断逻辑里。

2.1 基本原理

永磁同步电机的转子自带磁性。如果我们给定子通一个固定的直流电流，就会产生一个静止的磁场。这个磁场会拉着转子转到某个特定角度——也就是定子磁场的方向。这时候，转子的位置就和电流角度对应起来了。

具体来说，我们给电机施加一个固定的电流矢量，比如让 I_d = 0，I_q = I_ref。这时候定子磁场方向就是 q 轴方向。转子会被拉过去，最终停在 q 轴方向上。这时候编码器读到的角度，就是零位偏差。

2.2 操作步骤

我习惯把静态校准分成五个步骤。每一步都有坑，我一个个说。

1. 预定位：先给电机通一个较小的电流（比如额定电流的 20%），让转子初步对齐。这一步是为了避免一开始电流太大导致转子猛转，撞到机械限位。
2. 正式定位：把电流加到额定值（或者你设定的标定电流），保持一段时间。我一般保持 2-3 秒，确保转子完全稳定。
3. 角度读取：在电流稳定的最后时刻，读取编码器角度值。注意要多次读取取平均，避免单次采样噪声。
4. 重复验证：换个方向再通一次电流（比如通负 q 轴电流），看两次读到的角度差是不是 180°。如果不是，说明有问题。
5. 写入存储：把计算出的偏差值写入 EEPROM 或 Flash，下次上电直接加载。

2.3 电流选择策略

电流选多大？这是个好问题。选小了拉不动，选大了可能烧电机。我整理了一个参考表：

电机类型	标定电流（%额定）	保持时间（s）	注意事项
小功率伺服（< 200W）	30% - 50%	1 - 2	注意散热，连续多次标定可能过热
中功率伺服（200W - 2kW）	20% - 30%	2 - 3	确保转子能自由转动
大功率伺服（> 2kW）	10% - 20%	3 - 5	必须考虑机械限位和制动器
带减速器电机	40% - 60%	3 - 5	减速比越大，需要的电流越大

你可能会问：为什么不直接用额定电流？因为有些电机长时间通额定电流会发热，尤其是静止状态下散热差。我一般建议用 30% 额定电流，如果转子能稳定对齐，就够用了。

2.4 判断对齐成功的标准

怎么知道转子已经对齐了？光靠眼睛看可不行。我总结了几条判断标准：

• 电流稳定：q 轴电流反馈值波动小于 ±2% 额定电流，持续 0.5 秒以上。
• 角度稳定：编码器读数波动小于 ±1 个 LSB，持续 0.5 秒以上。
• 位置误差：如果电机有霍尔传感器，可以对比霍尔信号和编码器角度是否一致。
• 重复性：多次标定得到的偏差值差异小于 ±0.5° 电角度。

2.5 代码实现示例

下面是一个简单的静态校准函数。我用的是伪代码风格，实际移植时根据你的 MCU 和驱动芯片调整。

// 静态校准函数
// 返回值：电角度偏差（单位：度）
float static_calibration(float I_q_ref, uint16_t hold_time_ms) {
    float angle_sum = 0;
    uint16_t sample_count = 0;
    
    // 1. 预定位：通 20% 电流 1 秒
    set_current_ref(0, I_q_ref * 0.2);
    delay_ms(1000);
    
    // 2. 正式定位：通目标电流
    set_current_ref(0, I_q_ref);
    delay_ms(hold_time_ms);
    
    // 3. 在最后 200ms 内采样角度
    uint32_t start_time = get_tick_ms();
    while (get_tick_ms() - start_time < 200) {
        angle_sum += get_encoder_angle();
        sample_count++;
        delay_ms(1);
    }
    
    // 4. 计算平均角度
    float avg_angle = angle_sum / sample_count;
    
    // 5. 偏差 = 编码器角度 - 90°（因为通的是 q 轴电流）
    float offset = avg_angle - 90.0f;
    
    // 6. 归一化到 [0, 360)
    if (offset < 0) offset += 360.0f;
    if (offset >= 360) offset -= 360.0f;
    
    // 7. 关断电流
    set_current_ref(0, 0);
    
    return offset;
}

2.6 静态校准的局限性

静态校准虽然简单，但不是万能的。我遇到过几种情况，静态校准搞不定：

• 齿槽转矩太大：有些电机的齿槽转矩比标定电流产生的电磁转矩还大，转子根本拉不动。这时候需要加大电流，或者改用动态校准。
• 摩擦力不均匀：轴承或者减速器的摩擦力如果各向异性，会导致转子停的位置有偏差。我遇到过一台电机，正转和反转的摩擦力差 30%，静态校准出来的偏差在两个方向差了 5°。
• 负载惯性太大：大惯量负载需要很长时间才能稳定，有时候等不起。这时候可以考虑用动态校准，或者加一个位置闭环。
• 电机内部短路：如果电机绕组有轻微短路，通直流电时会发热不均匀，导致转子偏转。这种情况静态校准出来的值不可靠，需要先修电机。

2.7 知识体系总览

下面这张图总结了静态校准法的核心流程和关键点。你可以把它当作一个快速参考。

2.8 避坑指南

最后，我把自己踩过的坑整理一下，希望能帮你少走弯路：

• 不要在大负载下做静态校准：负载会改变转子的平衡位置，导致偏差值不准。如果必须带载，要确保负载是纯惯性的，而且摩擦力恒定。
• 注意电流环的饱和：如果电流环带宽太高，通直流电时可能会振荡。我一般把电流环带宽降到 50-100 Hz 再做标定。
• 多次标定取平均：单次标定可能有随机误差。我习惯做 5 次标定，去掉最大值和最小值，然后取平均。
• 保存标定参数时要校验：EEPROM 写入可能失败。我每次写入后都会回读校验，如果校验失败就重新写一次。
• 标定完成后要验证：给电机通一个旋转电流，看实际角度和给定角度是否一致。如果不一致，说明标定有问题。