科技与应用,青岛网站seo公司,手机怎么做网站免费的,阿里云如何添加新网站目录 概述
1 系统框架结构
1.1 硬件模块介绍
1.2 硬件实物图
1.3 引脚接口定义
2 代码实现
2.1 软件架构
2.2 电流检测函数
3 电流环功能实现
3.1 代码实现
3.2 测试代码实现
4 测试 概述
本文主要介绍基于DengFOC的库函数#xff0c;实现直流无刷电机控制#x…目录 概述
1 系统框架结构
1.1 硬件模块介绍
1.2 硬件实物图
1.3 引脚接口定义
2 代码实现
2.1 软件架构
2.2 电流检测函数
3 电流环功能实现
3.1 代码实现
3.2 测试代码实现
4 测试 概述
本文主要介绍基于DengFOC的库函数实现直流无刷电机控制FOC的电流环控制。笔者详细介绍了电流环采样电流时用到的函数。DengFOC的软件架构,电流环模式实现的原理等内容。
源代码下载地址
dengfoctestdemo资源-CSDN文库
1 系统框架结构
1.1 硬件模块介绍
系统硬件框架结构功能如下 电机模块 2208直流无刷电机数量1 编码器 选用AS5600编码器用于获取当前电机转动的角度其通过I2C接口与MCU进行通信 驱动板FOC 通过接收到MCU传送的PWM芯片直接作用到MOS管上以驱动直流无刷电机工作。 主控模块使用ESP32 ( ESP32-WROOM-32E) 电流检测功能 使用MCU ADC功能检测INA240的输出电压值
1.2 硬件实物图
1.3 引脚接口定义 1 电机驱动板与电机之间的接口
2编码器与MCU接口
3电流检测
2 代码实现
2.1 软件架构
2.2 电流检测函数
1源代码介绍 代码12行 定义参考电压值 代码13行 ADC的最大值12bit 代码16 计算比率 代码25~26行 定义ADC的端口 代码28行 分流电阻 代码29行 电流放大倍数 代码31行 电流放大的比率 代码55~59行 获取ADC的count值 代码61~66行 配置ADC的端口模式 代码69~91行 获取ADC的均值 代码93~99行: 读电流参数初始化 代码104~109行 获取电流值 2源代码文件
编写InlineCurrent.c文件的内容
#include Arduino.h
#include InlineCurrent.h// - shunt_resistor - 分流电阻值
// - gain - 电流检测运算放大器增益
// - phA - A 相 adc 引脚
// - phB - B 相 adc 引脚
// - phC - C 相 adc 引脚可选#define _ADC_VOLTAGE 3.3f //ADC 电压
#define _ADC_RESOLUTION 4095.0f //ADC 分辨率// ADC 计数到电压转换比率求解
#define _ADC_CONV ( (_ADC_VOLTAGE) / (_ADC_RESOLUTION) )#define NOT_SET -12345.0
#define _isset(a) ( (a) ! (NOT_SET) )CurrSense::CurrSense(int Mot_Num)
{if(Mot_Num0){pinA 39;pinB 36;//int pinC;_shunt_resistor 0.01;amp_gain 50;volts_to_amps_ratio 1.0f /_shunt_resistor / amp_gain; // volts to amps// gains for each phasegain_a volts_to_amps_ratio*-1;gain_b volts_to_amps_ratio*-1;gain_c volts_to_amps_ratio;}if(Mot_Num1){pinA 35;pinB 34;//int pinC;_shunt_resistor 0.01;amp_gain 50;volts_to_amps_ratio 1.0f /_shunt_resistor / amp_gain; // volts to amps// gains for each phasegain_a volts_to_amps_ratio*-1;gain_b volts_to_amps_ratio*-1;gain_c volts_to_amps_ratio;}
}
float CurrSense::readADCVoltageInline(const int pinA)
{uint32_t raw_adc analogRead(pinA);return raw_adc * _ADC_CONV;
}void CurrSense::configureADCInline(const int pinA,const int pinB, const int pinC)
{pinMode(pinA, INPUT);pinMode(pinB, INPUT);if( _isset(pinC) ) pinMode(pinC, INPUT);
}// 查找 ADC 零偏移量的函数
void CurrSense::calibrateOffsets()
{const int calibration_rounds 1000;// 查找0电流时候的电压offset_ia 0;offset_ib 0;offset_ic 0;// 读数1000次for (int i 0; i calibration_rounds; i) {offset_ia readADCVoltageInline(pinA);offset_ib readADCVoltageInline(pinB);if(_isset(pinC)) offset_ic readADCVoltageInline(pinC);delay(1);}// 求平均得到误差offset_ia offset_ia / calibration_rounds;offset_ib offset_ib / calibration_rounds;if(_isset(pinC)) offset_ic offset_ic / calibration_rounds;
}void CurrSense::init()
{// 配置函数configureADCInline(pinA,pinB,pinC);// 校准calibrateOffsets();
}// 读取全部三相电流void CurrSense::getPhaseCurrents()
{current_a (readADCVoltageInline(pinA) - offset_ia)*gain_a;// ampscurrent_b (readADCVoltageInline(pinB) - offset_ib)*gain_b;// ampscurrent_c (!_isset(pinC)) ? 0 : (readADCVoltageInline(pinC) - offset_ic)*gain_c; // amps
}编写InlineCurrent.h文件的内容
#include Arduino.hclass CurrSense
{public:CurrSense(int Mot_Num);float readADCVoltageInline(const int pinA);void configureADCInline(const int pinA,const int pinB, const int pinC);void calibrateOffsets();void init();void getPhaseCurrents();float current_a,current_b,current_c;int pinA;int pinB;int pinC;float offset_ia;float offset_ib;float offset_ic;float _shunt_resistor;float amp_gain;float volts_to_amps_ratio;float gain_a;float gain_b;float gain_c;private:int _Mot_Num;
};3 电流环功能实现
3.1 代码实现 代码29行 设置电流环的PID参数 代码36行 创建电流环的Obj 代码57~63行 设置电流环参数PID函数 代码271~278行 获取电流数据函数 代码283~293行 获取IQ电流值 代码295~300行 电流滤波函数 dengFOC.c 源文件内容
#include Arduino.h
#include AS5600.h
#include lowpass_filter.h
#include pid.h
#include InlineCurrent.h //引入在线电流检测#define _1_SQRT3 0.57735026919f
#define _2_SQRT3 1.15470053838f
//低通滤波初始化
LowPassFilter M0_Vel_Flt LowPassFilter(0.01); // Tf 10ms //M0速度环
LowPassFilter M0_Curr_Flt LowPassFilter(0.05); // Tf 5ms //M0电流环#define _constrain(amt,low,high) ((amt)(low)?(low):((amt)(high)?(high):(amt)))
float voltage_power_supply;
float Ualpha,Ubeta0,Ua0,Ub0,Uc0;#define _3PI_2 4.71238898038f
float zero_electric_angle0;int PP1,DIR1;
int pwmA 32;
int pwmB 33;
int pwmC 25;//PID
PIDController vel_loop_M0 PIDController{.P 2, .I 0, .D 0, .ramp 100000, .limit voltage_power_supply/2};
PIDController angle_loop_M0 PIDController{.P 2, .I 0, .D 0, .ramp 100000, .limit 100};PIDController current_loop_M0 PIDController{.P 1.2, .I 0, .D 0, .ramp 100000, .limit 12.6};//AS5600
Sensor_AS5600 S0Sensor_AS5600(0);
TwoWire S0_I2C TwoWire(0);//初始化电流闭环
CurrSense CS_M0 CurrSense(0);//PID 设置函数
//速度PID
void DFOC_M0_SET_VEL_PID(float P,float I,float D,float ramp) //M0角度环PID设置
{vel_loop_M0.PP;vel_loop_M0.II;vel_loop_M0.DD;vel_loop_M0.output_rampramp;
}//角度PID
void DFOC_M0_SET_ANGLE_PID(float P,float I,float D,float ramp) //M0角度环PID设置
{angle_loop_M0.PP;angle_loop_M0.II;angle_loop_M0.DD;angle_loop_M0.output_rampramp;
}void DFOC_M0_SET_CURRENT_PID(float P,float I,float D,float ramp) //M0电流环PID设置
{current_loop_M0.PP;current_loop_M0.II;current_loop_M0.DD;current_loop_M0.output_rampramp;
}//M0速度PID接口
float DFOC_M0_VEL_PID(float error) //M0速度环
{return vel_loop_M0(error);}//M0角度PID接口
float DFOC_M0_ANGLE_PID(float error)
{return angle_loop_M0(error);
}//初始变量及函数定义
#define _constrain(amt,low,high) ((amt)(low)?(low):((amt)(high)?(high):(amt)))
//宏定义实现的一个约束函数,用于限制一个值的范围。
//具体来说该宏定义的名称为 _constrain接受三个参数 amt、low 和 high分别表示要限制的值、最小值和最大值。该宏定义的实现使用了三元运算符根据 amt 是否小于 low 或大于 high返回其中的最大或最小值或者返回原值。
//换句话说如果 amt 小于 low则返回 low如果 amt 大于 high则返回 high否则返回 amt。这样_constrain(amt, low, high) 就会将 amt 约束在 [low, high] 的范围内。1// 归一化角度到 [0,2PI]
float _normalizeAngle(float angle)
{float a fmod(angle, 2*PI); //取余运算可以用于归一化列出特殊值例子算便知return a 0 ? a : (a 2*PI); //三目运算符。格式condition ? expr1 : expr2 //其中condition 是要求值的条件表达式如果条件成立则返回 expr1 的值否则返回 expr2 的值。可以将三目运算符视为 if-else 语句的简化形式。//fmod 函数的余数的符号与除数相同。因此当 angle 的值为负数时余数的符号将与 _2PI 的符号相反。也就是说如果 angle 的值小于 0 且 _2PI 的值为正数则 fmod(angle, _2PI) 的余数将为负数。//例如当 angle 的值为 -PI/2_2PI 的值为 2PI 时fmod(angle, _2PI) 将返回一个负数。在这种情况下可以通过将负数的余数加上 _2PI 来将角度归一化到 [0, 2PI] 的范围内以确保角度的值始终为正数。
}// 设置PWM到控制器输出
void setPwm(float Ua, float Ub, float Uc)
{// 限制上限Ua _constrain(Ua, 0.0f, voltage_power_supply);Ub _constrain(Ub, 0.0f, voltage_power_supply);Uc _constrain(Uc, 0.0f, voltage_power_supply);// 计算占空比// 限制占空比从0到1float dc_a _constrain(Ua / voltage_power_supply, 0.0f , 1.0f );float dc_b _constrain(Ub / voltage_power_supply, 0.0f , 1.0f );float dc_c _constrain(Uc / voltage_power_supply, 0.0f , 1.0f );//写入PWM到PWM 0 1 2 通道ledcWrite(0, dc_a*255);ledcWrite(1, dc_b*255);ledcWrite(2, dc_c*255);
}void setTorque(float Uq,float angle_el)
{S0.Sensor_update(); //更新传感器数值Uq_constrain(Uq,-(voltage_power_supply)/2,(voltage_power_supply)/2);float Ud0;angle_el _normalizeAngle(angle_el);// 帕克逆变换Ualpha -Uq*sin(angle_el); Ubeta Uq*cos(angle_el); // 克拉克逆变换Ua Ualpha voltage_power_supply/2;Ub (sqrt(3)*Ubeta-Ualpha)/2 voltage_power_supply/2;Uc (-Ualpha-sqrt(3)*Ubeta)/2 voltage_power_supply/2;setPwm(Ua,Ub,Uc);
}void DFOC_Vbus(float power_supply)
{voltage_power_supplypower_supply;pinMode(pwmA, OUTPUT);pinMode(pwmB, OUTPUT);pinMode(pwmC, OUTPUT);ledcSetup(0, 30000, 8); //pwm频道, 频率, 精度ledcSetup(1, 30000, 8); //pwm频道, 频率, 精度ledcSetup(2, 30000, 8); //pwm频道, 频率, 精度ledcAttachPin(pwmA, 0);ledcAttachPin(pwmB, 1);ledcAttachPin(pwmC, 2);Serial.println(完成PWM初始化设置);//AS5600S0_I2C.begin(19,18, 400000UL);S0.Sensor_init(S0_I2C); //初始化编码器0Serial.println(编码器加载完毕);//PID 加载vel_loop_M0 PIDController{.P 2, .I 0, .D 0, .ramp 100000, .limit voltage_power_supply/2};//初始化电流传感器CS_M0.init();}float _electricalAngle()
{return _normalizeAngle((float)(DIR * PP) * S0.getMechanicalAngle()-zero_electric_angle);
}void DFOC_alignSensor(int _PP,int _DIR)
{ PP_PP;DIR_DIR;setTorque(3, _3PI_2); //起劲delay(1000);S0.Sensor_update(); //更新角度方便下面电角度读取zero_electric_angle_electricalAngle();setTorque(0, _3PI_2); //松劲解除校准Serial.print(0电角度);Serial.println(zero_electric_angle);
}float DFOC_M0_Angle()
{return DIR*S0.getAngle();
}//无滤波
//float DFOC_M0_Velocity()
//{
// return DIR*S0.getVelocity();
//}//有滤波
float DFOC_M0_Velocity()
{//获取速度数据并滤波float vel_M0_oriS0.getVelocity();float vel_M0_flitM0_Vel_Flt(DIR*vel_M0_ori);return vel_M0_flit; //考虑方向
}//串口接收
float motor_target;
int commaPosition;
String serialReceiveUserCommand() {// a string to hold incoming datastatic String received_chars;String command ;while (Serial.available()) {// get the new byte:char inChar (char)Serial.read();// add it to the string buffer:received_chars inChar;// end of user inputif (inChar \n) {// execute the user commandcommand received_chars;commaPosition command.indexOf(\n);//检测字符串中的逗号if(commaPosition ! -1)//如果有逗号存在就向下执行{motor_target command.substring(0,commaPosition).toDouble(); //电机角度Serial.println(motor_target);}// reset the command buffer received_chars ;}}return command;
}float serial_motor_target()
{return motor_target;
}//简易接口函数
void DFOC_M0_set_Velocity_Angle(float Target)
{setTorque(DFOC_M0_VEL_PID(DFOC_M0_ANGLE_PID((Target-DFOC_M0_Angle())*180/PI)),_electricalAngle()); //角度闭环
}void DFOC_M0_setVelocity(float Target)
{setTorque(DFOC_M0_VEL_PID((serial_motor_target()-DFOC_M0_Velocity())*180/PI),_electricalAngle()); //速度闭环
}void DFOC_M0_set_Force_Angle(float Target) //力位
{setTorque(DFOC_M0_ANGLE_PID((Target-DFOC_M0_Angle())*180/PI),_electricalAngle());
}void DFOC_M0_setTorque(float Target)
{setTorque(Target,_electricalAngle());
}void runFOC()
{//传感器更新// S0.Sensor_update();CS_M0.getPhaseCurrents();//传感器更新
}//电流读取//通过Ia,Ib,Ic计算Iq,Id(目前仅输出Iq)
float cal_Iq_Id(float current_a,float current_b,float angle_el)
{float I_alphacurrent_a;float I_beta _1_SQRT3 * current_a _2_SQRT3 * current_b;float ct cos(angle_el);float st sin(angle_el);//float I_d I_alpha * ct I_beta * st;float I_q I_beta * ct - I_alpha * st;return I_q;
}float DFOC_M0_Current()
{ float I_q_M0_orical_Iq_Id(CS_M0.current_a,CS_M0.current_b,_electricalAngle());float I_q_M0_flitM0_Curr_Flt(I_q_M0_ori);return I_q_M0_flit;
}
dengFOC.h 源文件内容
//灯哥开源遵循GNU协议转载请著名版权
//GNU开源协议GNU General Public License, GPL是一种自由软件许可协议保障用户能够自由地使用、研究、分享和修改软件。
//该协议的主要特点是要求任何修改或衍生的作品必须以相同的方式公开发布即必须开源。此外该协议也要求在使用或分发软件时必须保留版权信息和许可协议。GNU开源协议是自由软件基金会FSF制定和维护的一种协议常用于GNU计划的软件和其他自由软件中。
//仅在DengFOC官方硬件上测试过欢迎硬件购买/支持作者淘宝搜索店铺灯哥开源
//你的支持将是接下来做视频和持续开源的经费灯哥在这里先谢谢大家了
//函数声明void setPwm(float Ua, float Ub, float Uc);
float setTorque(float Uq,float angle_el);
float _normalizeAngle(float angle);
void DFOC_Vbus(float power_supply);
void DFOC_alignSensor(int _PP,int _DIR);
float _electricalAngle();float serial_motor_target();
String serialReceiveUserCommand();
//传感器读取
float DFOC_M0_Velocity();
float DFOC_M0_Angle();
//PID
void DFOC_M0_SET_ANGLE_PID(float P,float I,float D,float ramp);
void DFOC_M0_SET_VEL_PID(float P,float I,float D,float ramp);
float DFOC_M0_VEL_PID(float error);
float DFOC_M0_ANGLE_PID(float error);
void DFOC_M0_SET_CURRENT_PID(float P,float I,float D,float ramp);//接口函数
void DFOC_M0_set_Velocity_Angle(float Target);
void DFOC_M0_setVelocity(float Target);
void DFOC_M0_set_Force_Angle(float Target);
void DFOC_M0_setTorque(float Target);float DFOC_M0_Current();
float cal_Iq_Id(float current_a,float current_b,float angle_el);void runFOC();3.2 测试代码实现 代码37行 设置供电电压 代码38行 设置电极数和编码器的方向 代码57行 获取电流参数 代码58行 设置PID参数 代码59行设置执行单元 源代码如下
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* File Name : foc_function_test.c
* Description : FOC 闭环各种模式测试
******************************************************************************
* attention
*
* COPYRIGHT: Copyright (c) 2025 tangmingfei2013126.com * CREATED BY: Alan.tang
* DATE: JAN 7th, 2025
* 参考代码 Deng FOC
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */#include DengFOC.h
const int LED_PIN 2;int Sensor_DIR-1; //传感器方向
int Motor_PP7; //电机极对数
float Sensor_Vel;/*0: 电流模式 1: 速度模式2: 位置模式
*/
#define SELECT_MODE 0void setup()
{pinMode(LED_PIN, OUTPUT);digitalWrite(LED_PIN, LOW);digitalWrite(LED_PIN, HIGH);// put your setup code here, to run once:Serial.begin(115200);DFOC_Vbus(11.6); //设定驱动器供电电压DFOC_alignSensor(Motor_PP,Sensor_DIR);#if SELECT_MODE 0// 设置电流模式闭环PIDDFOC_M0_SET_CURRENT_PID(5,200,0,100000);#elif SELECT_MODE 1// 设置速度闭环PIDDFOC_M0_SET_VEL_PID(0.01,0.00,0,0);#elif SELECT_MODE 2//设置位置模式闭环PIDDFOC_M0_SET_VEL_PID(0.01,0.00,0,0);DFOC_M0_SET_ANGLE_PID(0.5,0,0,0);
#endif }void postion_Mode_test( void )
{//设置速度DFOC_M0_set_Velocity_Angle(serial_motor_target());
}void velocity_Mode_test( void )
{//设置速度DFOC_M0_setVelocity(serial_motor_target());
}void current_Mode_test( void )
{static int count0;// 电流模式runFOC();DFOC_M0_setTorque(serial_motor_target());count;if(count30){count0;Serial.printf(%0.2f \n, DFOC_M0_Current());}
}void loop()
{
#if SELECT_MODE 0current_Mode_test();
#elif SELECT_MODE 1velocity_Mode_test();
#elif SELECT_MODE 2postion_Mode_test();
#endif//接收串口serialReceiveUserCommand();
}
4 测试
1 设置电流值为0时电流的输出波形 2设置电流为2 3设置电流值为-2 测试视频如下 直流无刷电机控制FOC电流模式测试视频
