Update CCS12 peripheral firmware and documentation

2026-09-04 19:34:10 +03:00
parent 55bee25b4f
commit 8cd81736cf
56 changed files with 3808 additions and 504 deletions
--- a/Doc/PHASE_COMPARISON_BALSAM_165_167.md
+++ b/Doc/PHASE_COMPARISON_BALSAM_165_167.md
@@ -0,0 +1,600 @@
+@page phase_comparison_balsam Сравнение фазовой части Balsam 165 и Balsam 167
+
+# Сравнение фазовой части Balsam 165 и Balsam 167
+
+## Область сравнения
+
+Сравнивались:
+
+- захват фазных сигналов АЦП;
+- удаление нулевого смещения;
+- масштабирование в физические единицы;
+- расчёт общего действующего значения;
+- расчёт уровней отдельных фаз A, B и C;
+- диагностика перекоса и обрыва фаз;
+- диагностические биты и регистры Modbus;
+- пороги напряжения и выдержки времени.
+
+Исходные проекты:
+
+- `K:/git_project/Balsam_165_periph`;
+- `K:/git_project/Balsam_167_periph`.
+
+Основные файлы:
+
+| Проект | Файл |
+|---|---|
+| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/measure.c` |
+| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/ADC.c` |
+| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/Include/measure.h` |
+| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Doc/Balsam 165 data stru.xls` |
+| Balsam 167 | `Source/Internal/measure.c` |
+| Balsam 167 | `Source/Internal/ADC.c` |
+| Balsam 167 | `Source/Internal/Include/measure.h` |
+| Balsam 167 | `Doc/Balsam 167 data stru.xls` |
+
+## Вывод
+
+Balsam 167 использует более правильный способ расчёта действующих значений
+отдельных фаз: усреднение квадрата с последующим извлечением корня. Balsam 165
+сглаживает модуль сигнала, что не является настоящим RMS.
+
+При этом в Balsam 167 появились две ошибки индексации:
+
+1. Парный канал записывается по абсолютному индексу, но читается по
+   относительному.
+2. Бит `Ignor` устанавливается у абсолютного номера датчика, но проверяется у
+   относительного `chan`.
+
+Для УМП, где `pow_addr == 0`, первая ошибка не проявляется. Для силового блока
+она может приводить к дублированию фазных уровней и ложному `Wry + Stop`.
+
+Рекомендуемый вариант: сохранить RMS-алгоритм Balsam 167, исправить индексацию
+и выполнять диагностику трёх фаз один раз после обработки всей пары каналов.
+
+## Сводная таблица
+
+| Параметр | Balsam 165 | Balsam 167 | Оценка |
+|---|---|---|---|
+| Частота АЦП | 5000 Гц | 3750 Гц | Изменена |
+| Выбор фазных входов АЦП | `CONV02…CONV05` | `CONV02…CONV05` | Одинаковый |
+| Формула `im_calc()` | Одинаковая | Одинаковая | Без изменений |
+| Фаза B | `-A-C`, для `dsk_COMM` эквивалентная разность | `-A-C` после смены знака A | По модулю эквивалентно |
+| Уровень отдельной фазы | EMA от `abs(x)` | `sqrt(EMA(x²))` | 167 корректнее |
+| Частота фильтра результата | 5 Гц | 3 Гц | 167 медленнее |
+| Тип `lev_count[]` | `float` | `int` | В 167 раньше теряется дробная часть |
+| Порог перекоса | 20% | 30% | 167 менее чувствителен |
+| Выдержка измеряемой фазы | около 1,5 с | около 3 с | 167 медленнее |
+| Выдержка восстановленной фазы | около 0,75 с | около 1,5 с | В обеих версиях вдвое короче |
+| `Curr_Edge`, УМП | 100 | 300 | Порог существенно повышен |
+| `Curr_Edge`, силовой блок | 40 | 200 | Порог существенно повышен |
+| Низкое `Utr` | без выдержки | счётчик около 3 с | Улучшено, но блокируется `Ignor` |
+| Верхнее `Utr` | без выдержки | без выдержки | Без улучшения |
+| Калибровка входов | жёсткий `curK[]` | Modbus/EEPROM `Caliber[]` | 167 гибче |
+| Пары каналов силового блока | корректные относительные индексы | несогласованные индексы | Регрессия 167 |
+| Обработка `Ignor` | правильный абсолютный датчик | проверяется `chan` | Регрессия 167 |
+| Отдельные биты фаз A/B/C | нет | нет | Общий недостаток |
+| Контроль пределов АЦП U/I | нет | нет | Общий недостаток |
+
+## 1. Захват сигналов АЦП
+
+Для УМП обе версии используют одинаковые входы:
+
+```c
+CONV02 = 0x5; // напряжение 1
+CONV03 = 0x4; // напряжение 2
+CONV04 = 0x7; // ток 1
+CONV05 = 0x2; // ток 2
+```
+
+Данные читаются из результатов `ADCRESULT2…ADCRESULT5`, после чего вызывается
+`Current_count(i)`.
+
+Различается частота обработки:
+
+```text
+Balsam 165: ADC_FREQ = 5000 Гц
+Balsam 167: ADC_FREQ = 3750 Гц
+```
+
+Назначение входов УМП:
+
+| `chan` | Сигнал |
+|---:|---|
+| 0 | `Utr A` |
+| 1 | `Utr C` |
+| 2 | `Itr A` |
+| 3 | `Itr C` |
+
+Фаза B физически не измеряется.
+
+## 2. Нулевое смещение
+
+В обеих версиях используется медленное усреднение:
+
+```text
+zero[n] = zero[n-1] + (ADC-zero[n-1]) / (5 * ADC_FREQ)
+```
+
+### Balsam 165
+
+Ноль записывается постоянно:
+
+```c
+Zero_lev[chan] = filterbat(&out_filter[chan], zer_count[chan]);
+```
+
+Для подстройки используются те же `out_filter[]`, которые участвуют в другой
+обработке сигналов.
+
+### Balsam 167
+
+Добавлены отдельные фильтры `zer_filter[]`:
+
+```c
+Zer = filterbat(&zer_filter[chan], zer_count[chan]);
+if (WAKE < (WAKE_TIME / 2)) Zero_lev[chan] = Zer;
+```
+
+Разделение фильтров является улучшением. Однако после того как `WAKE` достиг
+нуля, условие остаётся истинным. Подстройка нуля фактически продолжается во
+время всей работы.
+
+Если подстройка нужна только при запуске, должно проверяться также `WAKE > 0`.
+
+## 3. Масштабирование
+
+### Balsam 165
+
+Используются жёстко заданные коэффициенты `curK[]`:
+
+| Устройство | Напряжение | Ток |
+|---|---:|---:|
+| УМП 1/2 | `0.386` | `4.82` |
+| Силовой блок | `0.402` | — |
+
+Коэффициенты одинаковы для однотипных каналов и не берутся из EEPROM.
+
+### Balsam 167
+
+Коэффициенты вычисляются из `Caliber[0…3]`:
+
+```text
+напряжение: powK = Caliber / 10000
+ток:        powK = Caliber / 1000
+```
+
+Преимущества:
+
+- индивидуальная калибровка каждого входа;
+- отдельные значения для экземпляров устройств;
+- сохранение и загрузка через EEPROM.
+
+Значения тока заметно отличаются от Balsam 165. Например, для УМП 1 в
+Balsam 167 используются `3.505` и `3.380` вместо `4.82`. Это может быть связано
+с изменением аппаратной части или новой калибровкой и требует стендовой сверки.
+
+## 4. Общий уровень трёхфазного сигнала
+
+Функция `im_calc()` в проектах совпадает:
+
+```text
+isA = -1.5 * (a + b)
+isB = cos(π/6) * (a - b)
+Amplitude = 2/3 * sqrt(isA² + isB²)
+Level = Amplitude / sqrt(2)
+```
+
+Эквивалентная формула амплитуды:
+
+```text
+Amplitude = 2/sqrt(3) * sqrt(a² + a*b + b²)
+```
+
+### Фильтрация общего уровня
+
+Balsam 165 сначала делит амплитуду на `sqrt(2)`, затем фильтрует `Level`
+фильтром 5 Гц. Для тока и всех каналов `dsk_COMM` используется дополнительная
+статическая переменная `ffLev`.
+
+`ffLev` одна на все вызовы функции. На силовом блоке результаты разных пар
+могут влиять друг на друга.
+
+Balsam 167 фильтрует амплитуду отдельным фильтром текущего датчика:
+
+```c
+Amplitude = filterbat(&out_filter[sens], im_calc(Current, aCurrent));
+Level = Amplitude / RADIX2;
+```
+
+Это устраняет общий `ffLev` и разделяет состояния фильтров разных пар.
+
+### Зона нечувствительности
+
+Balsam 165:
+
+```text
+Level < Curr_Edge -> Level = 0
+```
+
+Для УМП порог равен 100 единицам RMS.
+
+Balsam 167:
+
+```text
+напряжение: Amplitude < 20 -> 0
+ток:        Amplitude < 75 -> 0
+```
+
+В пересчёте на RMS это примерно 14,1 для напряжения и 53,0 для тока. Поэтому
+Balsam 167 публикует слабые сигналы, которые Balsam 165 обнулял.
+
+## 5. Уровни отдельных фаз
+
+### Balsam 165: среднее модуля
+
+```c
+lev_count[chan] +=
+    (fabs(Current) - lev_count[chan]) / (ADC_FREQ / 5);
+```
+
+Для синусоиды установившееся значение соответствует среднему модулю:
+
+```text
+MeanAbs = 2/π * Amplitude ≈ 0.6366 * Amplitude
+```
+
+### Balsam 167: настоящий RMS
+
+```c
+lev_quadr[chan] +=
+    (Current * Current - lev_quadr[chan]) / ADC_FREQ;
+lev_count[chan] = sqrt(lev_quadr[chan]);
+```
+
+Для синусоиды:
+
+```text
+RMS = 1/sqrt(2) * Amplitude ≈ 0.7071 * Amplitude
+```
+
+При одинаковом входном масштабе Balsam 167 показывает примерно в 1,1107 раза,
+или на 11,1%, больше Balsam 165.
+
+Это изменение влияет на абсолютные фазные уровни, но почти не влияет на
+отношение минимальной фазы к максимальной, используемое для `Wry`.
+
+### Скорость сглаживания
+
+Balsam 165 использует коэффициент `5/ADC_FREQ`, что соответствует постоянной
+времени около 0,2 с.
+
+Balsam 167 использует коэффициент `1/ADC_FREQ`, что соответствует постоянной
+времени около 1 с. Фазные уровни Balsam 167 изменяются медленнее и стабильнее.
+
+## 6. Восстановление фазы B
+
+Для УМП в обеих версиях:
+
+```text
+B = -A - C
+```
+
+Для силового блока в Balsam 165 используется:
+
+```text
+third = current_channel - first_channel
+```
+
+В Balsam 167 сначала меняется знак сохранённого первого канала, затем
+применяется общая формула `-Current-aCurrent`. Результат отличается знаком, но
+для RMS знак не имеет значения.
+
+Основной недостаток общий: фаза B не измеряется. Неисправность B определяется
+только через математическую связь с A и C.
+
+## 7. Карта фазных регистров
+
+В Balsam 165 код записывает:
+
+```text
+0x68 + n*3 + 0 = текущий нечётный канал, для УМП фаза C
+0x68 + n*3 + 1 = парный канал, для УМП фаза A
+0x68 + n*3 + 2 = восстановленная фаза B
+```
+
+То есть фактический порядок для УМП:
+
+```text
+C, A, B
+```
+
+В Balsam 167 первые две записи переставлены:
+
+```text
+0x68 + n*3 + 0 = парный канал A
+0x68 + n*3 + 1 = текущий канал C
+0x68 + n*3 + 2 = восстановленная фаза B
+```
+
+Порядок соответствует карте Balsam 167:
+
+| Регистр | УМП |
+|---:|---|
+| `0x68` | `Utr A` |
+| `0x69` | `Utr C` |
+| `0x6A` | `Utr B` |
+| `0x6B` | `Itr A` |
+| `0x6C` | `Itr C` |
+| `0x6D` | `Itr B` |
+
+В карте Balsam 165 эти регистры не описаны как фазные. Адрес `0x68` обозначен
+как яркость ламп, хотя исходный код записывает туда фазный уровень. Это риск
+несовместимости прошивки с внешним ПО и документацией.
+
+## 8. Диагностика `Wry`
+
+В обеих версиях используется отношение:
+
+```text
+Max = max(phase_A, phase_C, phase_B)
+deviation = (Max - phase) / Max
+```
+
+### Balsam 165
+
+```text
+deviation > 20%
+Max > Curr_Edge
+выдержка измеряемой фазы ≈ 1,5 с
+```
+
+`Curr_Edge`:
+
+| Режим | Значение |
+|---|---:|
+| УМП | 100 |
+| Силовой блок | 40 |
+
+### Balsam 167
+
+```text
+deviation > 30%
+Max > Curr_Edge
+выдержка измеряемой фазы ≈ 3 с
+```
+
+`Curr_Edge`:
+
+| Режим | Значение |
+|---|---:|
+| УМП | 300 |
+| Силовой блок | 200 |
+
+Balsam 167 значительно менее чувствителен к перекосу и реагирует медленнее.
+
+### Ошибка выдержки восстановленной фазы
+
+Один счётчик `err_count[thrd]` вызывается при обработке обоих каналов пары.
+Поэтому он увеличивается дважды за цикл АЦП.
+
+Фактическая выдержка постоянного дефекта фазы B:
+
+| Проект | Заданная | Фактическая для B |
+|---|---:|---:|
+| Balsam 165 | 1,5 с | около 0,75 с |
+| Balsam 167 | 3 с | около 1,5 с |
+
+Проблема присутствует в обеих версиях.
+
+### Деление на ноль
+
+Обе версии сначала вычисляют отношение с делением на `Max`, а затем проверяют
+нижний порог:
+
+```c
+((Max - phase) / Max > limit) && (Max > Curr_Edge)
+```
+
+При `Max == 0` выполняется `0/0`. Безопасный порядок:
+
+```c
+(Max > Curr_Edge) && (((Max - phase) / Max) > limit)
+```
+
+## 9. Различия обработки `Ignor`
+
+### Balsam 165
+
+Используется правильный абсолютный номер датчика:
+
+```c
+sens = tpl_cans + chan;
+ignor = sens_error[sens].bit.Ignor;
+```
+
+Ошибки `Wry`, `Out` и `Hyper` продолжают вычисляться и передаваться, но
+`Stop` не устанавливается для игнорируемого канала.
+
+### Balsam 167
+
+Проверяется относительный индекс:
+
+```c
+sens = pow_addr + chan;
+if (WAKE || sens_error[chan].bit.Ignor) goto fin;
+```
+
+Последствия различаются по типу устройства.
+
+#### УМП
+
+Для УМП `pow_addr == 0`, поэтому индекс формально совпадает. Каналам напряжения
+`0x00` и `0x01` по умолчанию устанавливается `Ignor`. В результате Balsam 167
+полностью пропускает для напряжения:
+
+- `Wry`;
+- `Out` при `Utr < 300 В`;
+- `Hyper` при `Utr > 420 В`;
+- `Stop`.
+
+В Balsam 165 эти информационные биты вычислялись, но `Stop` блокировался.
+
+#### Силовой блок
+
+На силовом блоке `pow_addr != 0`. `Ignor` устанавливается в
+`sens_error[pow_addr+chan]`, но проверяется `sens_error[chan]`.
+
+Из-за этого игнорирование может не сработать, а `Wry + Stop` сформироваться для
+канала, который должен быть исключён из диагностики.
+
+## 10. Регрессия `sens_pair` в Balsam 167
+
+В Balsam 165 пары хранятся относительно `chan`:
+
+```c
+sens_pair[0] = 1;
+sens_pair[1] = 0;
+sens_pair[2] = 3;
+sens_pair[3] = 2;
+pair = sens_pair[chan];
+```
+
+В Balsam 167 пары записываются по абсолютному индексу:
+
+```c
+sens_pair[pow_addr+i] = pow_addr+(i^1);
+```
+
+Но чтение осталось старым:
+
+```c
+pair = sens_pair[chan];
+```
+
+Для силового блока элементы `sens_pair[0…3]` после общей инициализации равны
+`0, 1, 2, 3`. Следовательно, `pair` указывает на текущий канал, а не на
+соседний.
+
+Последствия:
+
+- один фазный уровень может записываться дважды;
+- максимальная фаза выбирается из неполного набора;
+- `Wry` может быть пропущен или сформирован ошибочно;
+- карта `0x68…0x6D` для силового блока не соответствует ожидаемой.
+
+Вероятное исправление:
+
+```c
+pair = sens_pair[sens] - pow_addr;
+```
+
+Окончательный вариант следует подтвердить стендовым тестом и ожидаемым
+порядком фаз в регистрах.
+
+## 11. Пороговые уровни УМП
+
+Заводские уставки в проектах совпадают:
+
+| Сигнал | Нижний порог | Верхний порог |
+|---|---:|---:|
+| `Utr` | 300 В | 420 В |
+| `Itr` | 800 А, предупреждение | 900 А, авария |
+
+Различается обработка нижнего напряжения:
+
+| Проект | Реакция `Utr < 300 В` |
+|---|---|
+| Balsam 165 | `Out` сразу; `Stop` блокируется при штатном `Ignor` |
+| Balsam 167 | счётчик около 3 с, но при штатном `Ignor` проверка не выполняется |
+
+Верхний порог `Utr > 420 В` в обеих версиях не имеет отдельной выдержки и
+гистерезиса.
+
+## 12. Диагностические биты
+
+Расположение основных битов не изменилось:
+
+| Бит | Маска | Имя | Назначение |
+|---:|---:|---|---|
+| 0 | `0x0001` | `Tear` | обрыв датчика/предельное значение АЦП |
+| 2 | `0x0004` | `Wry` | перекос фаз |
+| 3 | `0x0008` | `Out` | ниже нижнего порога |
+| 4 | `0x0010` | `Over` | выше предупредительного порога |
+| 5 | `0x0020` | `Hyper` | выше аварийного порога |
+| 8 | `0x0100` | `Stop` | авария |
+| 9 | `0x0200` | `Ready` | готовность |
+| 14 | `0x4000` | `Ignor` | игнорировать аварию |
+| 15 | `0x8000` | `Bypas` | отключить канал |
+
+В обеих версиях `Current_count()` не формирует `Tear` для фазных входов U/I.
+Поэтому неисправность измерительного тракта нельзя надёжно отличить от
+пропадания напряжения или тока.
+
+## 13. Что следует перенести из Balsam 165
+
+В Balsam 167 полезно вернуть следующие свойства реализации 165:
+
+1. Согласованную систему индексов `sens_pair`.
+2. Проверку `Ignor` через абсолютный индекс `sens_error[sens]`.
+3. Использование `float` для внутренних фазных уровней до момента публикации.
+
+Не следует возвращать:
+
+- усреднение `fabs()` вместо RMS;
+- общий статический фильтр `ffLev`;
+- немедленное срабатывание нижнего напряжения;
+- жёсткие коэффициенты `curK[]`.
+
+## 14. Рекомендуемая итоговая реализация
+
+1. Считать все абсолютные номера датчиков один раз:
+
+   ```c
+   sens = pow_addr + chan;
+   ```
+
+2. Хранить `sens_pair[]` либо полностью в относительных, либо полностью в
+   абсолютных индексах. Не смешивать системы адресации.
+3. Сохранить RMS Balsam 167, но хранить `lev_count[]` как `float`.
+4. После поступления обоих отсчётов пары вычислять A, C и B в одном месте.
+5. Один раз за цикл обновлять три RMS и три диагностических счётчика.
+6. Проверять `Max > Curr_Edge` до деления.
+7. Проверять `Ignor` через `sens_error[sens]`.
+8. Разделить понятия:
+
+   - информационная ошибка присутствует;
+   - ошибка участвует в формировании `Stop`.
+
+9. Добавить отдельную маску фаз A/B/C.
+10. Добавить `Tear` по сырому значению АЦП.
+11. Добавить выдержку и гистерезис для 300/420 В.
+12. Явно определить, должна ли подстройка нуля работать после запуска.
+
+## 15. Минимальные сравнительные тесты
+
+| Тест | Что проверить |
+|---|---|
+| Одинаковая синусоида на обеих версиях | Разницу MeanAbs и RMS около 11,1% |
+| Номинальные A и C | Правильный порядок A/C/B в `0x68…0x6D` |
+| Обрыв A | RMS A, `Wry`, выдержку |
+| Обрыв C | RMS C, `Wry`, выдержку |
+| Нарушение вычисленной B | Отсутствие двойной скорости счётчика |
+| Перекос 20%, 25%, 30%, 35% | Различия порогов 165 и 167 |
+| `Max == 0` | Отсутствие деления на ноль |
+| `Utr = 299 В` | `Out` и выдержку |
+| `Utr = 421 В` | `Hyper` и отсутствие дребезга |
+| `Ignor = 1` | Ошибка видна, но не создаёт `Stop`, если это требуемая семантика |
+| Силовой блок, две пары | Отсутствие дублирования фазных RMS |
+| АЦП около 0 и 4095 | Формирование `Tear` |
+
+## Заключение
+
+Фазовый расчёт Balsam 167 является хорошей основой благодаря настоящему RMS,
+раздельным фильтрам и калибровке из регистров. Главный риск версии 167 находится
+не в математике RMS, а в адресации состояния каналов.
+
+До исправления `sens_pair` и `Ignor` фазные регистры и `Wry` силового блока
+нельзя считать надёжными. Для УМП необходимо отдельно решить, должны ли
+напряжения с установленным `Ignor` продолжать формировать информационные
+`Wry`, `Out` и `Hyper`, как это происходило в Balsam 165.