2. 伺服系统时序基础：PWM更新时刻、电流采样时刻、速度/位置计算时刻的典型时序关系

做伺服驱动这些年，我见过不少工程师把算法调得天花乱坠，结果一上电机就抖成筛子。问题出在哪？十有八九是时序没搞对。

说白了，伺服控制就是一个“什么时候该干什么事”的游戏。PWM什么时候更新、电流什么时候采样、速度和位置什么时候算——这几个时间点要是没对齐，你写的控制算法再漂亮也是白搭。

这一节，我就带你把这些时序关系彻底理清楚。

2.1 核心时序事件：三个关键动作

一个伺服控制周期里，有三个动作必须精确安排：

• PWM更新时刻：把新的占空比写入硬件比较寄存器，决定下一个周期开关管的导通时间。
• 电流采样时刻：通过ADC读取相电流和母线电流，通常在PWM载波的特定位置触发。
• 速度/位置计算时刻：根据编码器脉冲或绝对位置数据，解算当前转子的位置和速度。

这三个动作不是随便排的。我刚开始做伺服时，图省事把电流采样放在PWM更新之后立刻做，结果每次采样都抓到开关噪声，电流波形跟心电图似的。后来才明白——时序设计，本质上是在跟噪声和延迟做博弈。

2.2 典型时序关系：单周期 vs 多周期

先看最常见的单周期时序。这里我以中心对齐PWM（三角载波）为例，因为工业伺服90%都用这种模式。

为什么电流采样要选在顶点或谷底？因为这两个时刻开关管处于死区或换向瞬间，di/dt最小，采样噪声最低。我有个习惯——采样点一定要避开开关动作沿，至少留出1μs~2μs的“静默窗口”。

再看多周期时序。有些高性能伺服会把电流环跑在更高频率（比如20kHz），而速度环和位置环跑在较低频率（比如4kHz或2kHz）。这时候时序关系就复杂了：

控制环	典型频率	计算时刻	依赖数据
电流环	10kHz ~ 20kHz	每个PWM周期执行一次	当前采样电流、转子角度
速度环	2kHz ~ 5kHz	每N个电流周期执行一次	最近N次位置增量
位置环	1kHz ~ 2kHz	每M个速度周期执行一次	当前目标位置与反馈位置

这里有个坑：速度环计算时，用的位置数据必须是“当前时刻”的，而不是上次速度环留下的旧值。我曾经在一个项目里没注意这个，速度环用的位置数据滞后了半个电流周期，结果电机在低速时出现周期性抖动。排查了两天才找到原因——数据新鲜度问题。

2.3 时序图：一图胜千言

下面这张图是我自己画的一个典型时序关系。它展示了一个PWM周期内，各个事件发生的先后顺序。

从图上你能看到几个关键点：

• 电流采样和PWM更新是错开的，不在同一时刻发生
• 位置/速度计算在电流环计算完成后进行，保证使用最新的电流和角度数据
• 每个PWM周期有两个电流采样点（顶点和谷底），但实际控制中通常只用一个

2.4 时序偏移带来的问题

时序没对齐会出什么问题？我列几个真实踩过的坑：

我记得有一次调试一个750W的伺服驱动器，电机空载时好好的，一带负载就啸叫。用示波器抓了PWM和电流采样触发信号，发现采样点正好落在开关管导通的瞬间——每次采样都抓到尖峰噪声。后来把采样触发延迟了2μs，问题立刻消失。你看，有时候就是这2微秒的事。

2.5 实际设计中的时序安排建议

基于我这些年的经验，给你几个实用的时序设计原则：

具体到代码实现，我一般这样安排中断优先级：

// 伪代码：时序安排示意
// 假设PWM载波频率10kHz，周期100μs

void PWM_ISR(void)          // 载波谷底中断，优先级最高
{
    // 1. 触发ADC采样（硬件自动完成）
    ADC_StartConversion();
    
    // 2. 读取上一周期计算好的PWM占空比并更新
    PWM_UpdateDutyCycle();
}

void ADC_ISR(void)          // ADC转换完成中断，优先级次高
{
    // 3. 读取ADC结果
    current_u = ADC_GetResult(CH_U);
    current_v = ADC_GetResult(CH_V);
    
    // 4. 执行电流环计算
    CurrentLoop_Calculate();
    
    // 5. 如果需要，执行速度/位置计算
    if (speed_loop_counter == 0) {
        SpeedLoop_Calculate();
    }
    
    // 6. 计算新的PWM占空比，存入缓冲区
    PWM_PrepareNextDutyCycle();
}

这个结构我用了很多年，基本没出过时序问题。核心思路就是：采样→计算→更新，三步走，顺序不能乱。

2.6 不同控制模式的时序差异

最后提一句，不同的控制模式对时序的要求也不一样：

控制模式	时序特点	注意事项
电流模式	每个PWM周期执行一次电流环	采样延迟必须小于5μs
速度模式	电流环高频，速度环低频	速度环使用的位置数据必须是最新的
位置模式	三级环级联，频率逐级降低	位置环周期必须是速度环周期的整数倍