SimpleFOC之ESP32（五）—— 电流闭环控制Lowside

 
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说明

• 本文教程只适配ESP32drive，注意区分电流采样模式。
  
   

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 LowsideCurrent

    低侧电流检测可能是最常见的电流检测技术，主要是因为它既不需要高性能的PWM抑制运放（如内置），也不需要支持高压的运放（如高侧），采样电阻在低侧MOS和GND之间，确保了运放输入端的电压非常低。这种方法的缺点是，必须在下桥臂MOS打开时检测电流，PWM频率通常为20k～50khz，这意味着低侧MOS的开关频率为每秒20k～50k次，因此PWM设置与ADC采集之间的同步非常重要。所谓同步就是刚好在PWM打开MOS管的时候AD采样，一般通过设置单片机的定时器触发AD转换实现。
 

1.3、运放电路设计

• 采样电阻的功率P=IIR；电阻的功率有限，如果R太大，电流稍微大点，功率就超标了，为了降低功率必须使用小阻值电阻；
• 但是电阻太小，采集到的电压信号会非常微弱，不利于AD转换，所以需要对信号放大；
• 运算放大器的放大倍数可以通过电阻搭配调节，非常灵活。
• 放大倍数的计算要先了解运放的“虚短虚断”原则，虚短就是运放的两个输入端电压要保持一致，可以认为就像短路了一样；虚断就是运放的输入阻抗非常大，可以认为不会有电流流入输入端，对输入信号来说近似断路；
• 如下图，
  Vp =（1.65-Vi）X（R1/(R1+R2)）+ Vi
  Vn = Vo X (R3/(R3+R4) )
  Vp = Vn
  带入下图中的电阻值，推导得到Vo=1.65+10 X Vi。
  
    

二、硬件介绍

2.1、原理图

 

2.2、准备清单

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

电机 购买链接：某宝购买
ESP32drive 购买链接：某宝购买
 

2.3、硬件连接

 

三、程序演示

本节代码在ESP32drive上验证，

3.1、打开示例

 

3.2、修改代码

• 对比可以看出，修改后的代码变化非常大，
  
   
• 其实这个代码能参考的，只有配置电流采样部分，
  
   
• 因为是针对ESP32drive的专用代码，所以不再展示完整代码；
• 代码支持与上位机simpleFOCStudio交互。
   

3.3、验证上传

 

3.4、串口发送指令

• 代码支持三种控制模式，
• 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

 
 
(完)
 
 
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