SimpleFOC之ESP32（四）—— 电流闭环控制Inline

 
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说明

SimpleFOCShield和ESP32drive-D的板载电流采样为Inline模式，ESP32drive为Lowside模式，稍后另起一章讲解。

一、原理说明

1.1、为什么要采样电流

  FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，磁场大小与绕组中的电流成正比，所以对磁场的控制在程序上就是对电流的控制。前几节的程序并没有使用电流环，而是直接使用电压值，确实可以达到还行的效果。但是这样做有两个问题：

• 1、不能保证i_d为零，i_q等于目标值，因此电机并不能工作在效率最高的状态，力矩控制也是不准确的。
• 2、相电压施加在电感上产生相电流，电压和电流有相位差且并不恒定，低速运行时相位差对电机的影响不明显，但是当速度快了或者速度变化率高了以后，相位差的影响就会非常明显。
   

1.2、电流检测方式 InlineCurrent

内置电流检测（InlineCurrentSense）是使用起来最简单但是最精准的技术。 采样电阻串联在电机相线上，检测的电流始终都是电机相电流，因为电感中的电流不会突变，所以无论PWM占空比的状态如何，采样到的电流都是连续稳定的。
 

二、硬件介绍

2.1、原理图

 

2.2、ESP32drive-D方案

2.2.1、准备清单

序号	名称	数量
1	USB转串口	1
2	ESP32drive-D	1
3	带编码器电机	1
4	12V电源	1
5	杜邦线	若干

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2.2.2、硬件连接

 

2.3、SimpleFOCShield方案

2.3.1、SimpleFOCShield原理图及跳线

电流采样需要PWM输出与采样输入引脚对应，所以必须了解SimpleFOCShield的原理图，

 

2.3.2、硬件清单

序号	名称	数量
1	ESP32-DevKitC	1
2	simpleFOCShield V2.0.3	1
3	云台电机	1
4	USB线	1
5	12V电源	1
6	杜邦线	若干

SimpleFOCShield 购买链接：某宝购买
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2.3.3、硬件连接

ESP32-DevKitC	SimpleFOCShield
16	5
17	9
5	6
4	8
36 / VP	A2
39 / VN	A0
3V3	3V3
GND	GND

如果是AS5600编码器，如下

ESP32-DevKitC	AS5600电机
22	SCL
21	SDA
3V3	VCC
GND	GND

如果是AS5047P编码器，如下

ESP32-DevKitC	AS5047P电机
23	MOSI
19	MISO
18	SCLK
13	SS
GND	GND
3V3	VCC

 

三、程序演示

• 力矩模式、速度模式、角度模式，三种控制模式都在这一个代码上实现，修改控制模式可实现切换。
• 修改这些需要对电机控制有一定的了解，本人假定你在看到这篇文章之前已经看过我之前的系列教程，如果你是第一次对着教程修改这些代码，很有可能会出错，请先熟悉SimpleFOC的基本操作后再进阶本篇。
• 代码修改容易，但是明白每一个参数对电机的影响需要反复对比操作。
• 先调试力矩模式，调整电流PI参数（voltage模式不需要），电机稳定后，
• 再调试速度模式，调整速度PI参数，电机稳定后，
• 再调试角度模式，调整P参数，保证电机稳定。

本节代码在SimpleFOCShield上验证，

3.1、打开示例

 

3.2、修改代码

 

 

3.3、验证上传

 

3.4、串口发送指令

力矩模式，发送T1，表示设置目标电压为1V，
速度模式，发送T20，表示设置目标速度为20rad/s，
角度模式，发送T6.28，表示设置目标角度为6.28rad。

3.5、观察电机运行

 
 

写后感

  本节修改后的代码实际是综合了几个代码后拼接而成的，电流闭环控制是电机控制中最有难度最具挑战性的部分，之前的代码可以根据教程或示例稍微修改即可，而电流闭环的加入需要充分了解电机才能很好的控制。
 
(完)
 
 
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