SimpleFOC之ESP32（七）—— 霍尔电机

 
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一、霍尔电机介绍

• 霍尔电机就是带霍尔传感器的直流无刷电机，下图
  
   
• 霍尔有两种安装方式，120度和60度，120度安装方式的稍微常见一些，下图
  
   
• 主要应用于车轮，特别是电动自行车，几乎都是霍尔电机，下图
  
• 如果是做机器人底盘，霍尔电机是个很好的选择；
• 如果是做机械臂或者高精度应用的，霍尔电机精度低不适合此类场景。
   

二、ESP32drive控制霍尔电机

2.1、原理图

2.2、读霍尔角度

2.2.1、硬件准备

序号	名称	数量
1	USB转串口	1
2	ESP32drive	1
3	霍尔电机	1
4	12V电源	1
5	杜邦线	若干

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2.2.2、硬件连接

 

2.2.3、代码演示

• 打开示例
  
• 修改代码
  
• 用手转动电机轴，观察角度输出。如果极对数设置正确，刚好转一圈角度为6.28，
  
   

2.3、控制霍尔电机

2.3.1、硬件准备

序号	名称	数量
1	USB转串口	1
2	ESP32drive	1
3	霍尔电机	1
4	12V电源	1
5	杜邦线	若干

2.3.2、硬件连接

• 与上面的保持一致
  
  ESP32drive 购买链接：某宝购买
   

2.3.3、代码演示

• 打开示例
  
• 修改代码
  
  
  
• 发送指令，控制电机转动
  
   

2.3.4、与simpleFOCStudio的互动

• 如果对simpleFOCStudio不熟悉，可以先阅读此文：SimpleFOCStudio安装使用说明及PID调试
• 上面修改代码已经给出了与simpleFOCStudio通信需要添加的代码，
• 下面的演示采用24V电压，增大电压可以达到更高的转速，
  
   

三、ESP32drive-D控制霍尔电机

3.1、原理图

• ESP32drive-D采用非对称电路设计，M1三个使能引脚，M2一个使能引脚，
  
• 霍尔信号设计的有上拉电阻，此时可以短路跳线（背面），
  
   

3.2、读霍尔角度

3.2.1、硬件准备

序号	名称	数量
1	USB转串口	1
2	ESP32drive-D	1
3	霍尔电机	1
4	12V电源	1
5	杜邦线	若干

ESP32drive 购买链接：某宝购买
 

3.2.2、代码演示

• 节操作请参考上面的描述。
   

3.3、控制霍尔电机

3.3.1、打开示例

3.3.2、修改代码

3.3.3、问题说明

• ESP32drive-D的M1采用了三个使能引脚控制，就是为了实现方波控制，但是实际测试发现，Trapezoid_120和Trapezoid_150两种调制模式，检测的极对数总是不对。强行发送指令电机也可以转动，最高转速与SinePWM和SpaceVectorPWM调制模式差不多。
• 比如测试用的霍尔电机为2对极，如果用SinePWM和SpaceVectorPWM调制模式，检测是正常的，控制也是正常的；如果用Trapezoid_120和Trapezoid_150检测到的极对数是2.4。本人已经反复测试对比，更换了STM32F103C8T6和PowerShieldV0.2，检测到的极对数都是2.4，也可能是我用的不对，或者这部分代码有问题。
   

3.4、控制双霍尔电机

• 控制双霍尔电机在《SimpleFOC之ESP32（六）—— 双电机控制》的基础上修改，
• 控制效果不太好，双电机检测都正常，但是转动时有时会突然停止，或者两个电机都正常转动的时候，操作一个电机反转，另一个电机会停止。估计跟霍尔检测的中断配置有关，代码中霍尔信号全部是中断模式，这个问题暂时不深入研究，请大家避坑！
  
   

问题总结分析

• 问题：
  • 1、Trapezoid_120和Trapezoid_150两种调制模式检测极对数不准确，不好用。暂时没有分析出原因。
  • 2、单个霍尔电机控制，12V时偶尔会出现突然不转的现象，用示波器查看三相PWM波形已经变为全部是高电平；24V时出现突然不转的频率明显高于12V。
  • 3、双霍尔电机控制极其不稳定。（双霍尔电机使用6个中断）
• 原因分析：
  • 1、霍尔信号直接进入单片机，中间没有加滤波电路，工业用驱动器的霍尔信号都有阻容滤波设计。
  • 2、霍尔信号使用中断模式，软件上也没有滤波处理。
  • 3、查看SimpleFOC的底层代码，霍尔电机的处理方式是这样的：霍尔信号中断时更新一次角度，Trapezoid_120和Trapezoid_150根据角度产品方波；SPWM或者SVPWM根据角度产生矢量，如果电机是2对极，一圈12个霍尔信号，也就只有12个矢量。所以无论是方波控制，还是弦波控制，电角度每次都是跨60度，表现为电机振动大噪音大，也因此更容易产品干扰，所以同样是中断模式的ABZ编码器电机程序出问题的概率要小很多。
  • 第3个问题是比较严重的，与常见的FOC控制霍尔电机处理方式不一样，后续应该会升级。
  • 硬件问题我会在之后的产品中逐渐改进升级；而软件的问题只能等创作者升级。

 
 
（完）
 
 
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