SimpleFOC（四）—— 闭环控制

 

一、电机的三种控制模式

1、力矩控制模式

  ◎电机在运行过程的电流，始终等于给定的值。
  ◎比如使用电机来拉伸弹簧，设定电流值越大，弹簧被拉伸的长度越长。设定电流越小，弹簧被拉伸的长度越短。设定电流为零，弹簧不被拉伸。
  ◎在SimpleFOC项目中，受限于Arduino UNO的运行速度，大部分例程没有使用电流采样，所以设定电压值代替设定电流值。
  

2、速度控制模式

  ◎让电机始终按照设定的速度运转，不因负载的变化而变化。
  ◎速度控制一般会采用内环电流环，外环速度环的方式，所以可以限制转动过程中的电流不超过设定值。
  ◎比如传送带传送物品，给定的速度不会因为传送带上是空载或者带载发生变化，但是当负载过大，电流超过设定值的时候会报警或自动停止。
  

3、位置控制模式

  ◎精确控制电机转动到指定角度，
  ◎位置控制一般会采用内环电流环，外环速度环，最外环位置环的方式，所以可以限制转动过程中的最大速度，和最大电流。
  ◎比如机械臂从A点运动到B点，并限制挥舞过程中的最大速度和最大力矩。
  

二、硬件说明

1、硬件清单

序号	名称	数量
1	Arduino UNO	1
2	simpleFOCShield V2.0.3	1
3	带磁编码器的云台电机	1
4	12V电源	1
5	方口USB线	1

  如下图所示：

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2、硬件连接

  ⑴、SimpleFOCShield V2.0.3主板与Arduino UNO主板堆叠连接，
  ⑵、USB线连接Arduino UNO主板，与主板通信并提供5V电压，
  ⑶、12V电源连接主板TB_PWR接口，注意正负极，
  ⑷、电机三根相线连接至V2.0.3主板TB_M1的3个接口，
  ⑸、电机编码器的I2C接口与排母连接，注意正负极。
  硬件连接如下图：

  

三、程序演示

1、力矩控制

⑴、打开例程

⑵、修改程序

  ①、修改编码器为AS5600_I2C，
  ②、修改电机极对数为7，
  例程为只读文件，可以验证上传，如需保存要“另存为”。

⑶、验证上传

⑷、打开串口监视器

⑸、等待初始化

  初始化完成后，电机开始转动，

⑹、电机观测

  此时对电机施加阻力，电机表现为固定大小的力矩，使劲捏紧电机会停止，

⑺、发送指令

  设定不同的电压值，电机转速不同，表现出大小不同的力矩，如果此时有电流表可以观测到电流也不相同，

⑻、程序说明

  力矩模式是控制电流实现对力矩的控制，但在simpleFOC项目中，用电压代替电流，通过设定不同的电压实现对力矩的控制，
  

  

2、速度控制

⑴、打开例程

⑵、修改程序

  ①、修改编码器为AS5600_I2C，
  ②、修改电机极对数为7，
  例程为只读文件，可以验证上传，如需保存要“另存为”。

⑶、验证上传

⑷、打开串口监视器

⑸、等待初始化

  初始化完成后，电机静止，锁定在起点位置，
  注意：不同电机需要设定不同的PID参数，参数不符可能会导致电机振动，忽快忽慢等异常，下图修改后的参数仅保证本人当前使用的电机运转平稳。PID调节方法请自行百度。

⑹、发送指令

  设定电机速度，电机转动，比如设置T6.28，电机以6.28rad/s的速度转动，即一圈一秒，

⑺、电机观测

  对电机施加阻力会发现，无论速度设置为多少，电机为了达到设定的转速，会持续增加动力（如果有电流表，可以看到电流不断增加），这与力矩模式中的恒定阻力截然不同。

 

3、角度控制

⑴、打开例程

⑵、修改程序

  ①、修改编码器为AS5600_I2C，
  ②、修改电机极对数为7，
  例程为只读文件，可以验证上传，如需保存要“另存为”。

⑶、修改PID参数

  位置环内是速度环，所以要修改的参数包含速度环和位置环的两套PID参数。
  下图修改的参数并不一定适合所有电机，也不一定是当前使用电机的最佳参数，对PID的更深入了解请自行百度。

⑷、验证上传

⑸、打开串口监视器

⑹、等待初始化

初始化完成后，电机静止，锁定在起点位置。输入角度指令，点击发送，

⑺、电机操作

  设定不同角度，观察电机的转动位置。
  当前例程中，角度采用累加方式，比如当前输入指令为“T10”，电机转过10rad后停止，再输入指令“T11”，则电机沿着刚才的方向再转过1rad后停止。

 
 
（完）
  
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