SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6

目录

  • 说明
  • 一、点亮LED
    • 1.1、原理图
    • 1.2、硬件准备
    • 1.3、烧写
  • 二、开环控制
    • 2.1、硬件准备
    • 2.2、硬件连接
    • 2.3、打开工程
    • 2.4、修改参数
    • 2.5、编译下载,观察运行
  • 三、角度读取
    • 3.1、硬件准备
    • 3.2、硬件连接
    • 3.3、接线说明
    • 3.4、打开工程
    • 3.5、修改代码
    • 3.6、编译下载,观察运行
  • 四、闭环控制
    • 4.1、硬件准备
    • 4.2、硬件连接
    • 4.3、打开工程
    • 4.4、修改代码
    • 4.5、编译下载,观察运行
  • 五、电流采样
    • 5.1、采样电路的设计
    • 5.2、硬件准备
    • 5.3、硬件连接
    • 5.4、打开工程
    • 5.5、修改代码
    • 5.6、编译下载,观察运行
    • 5.7、当前问题
  • 六、双电机控制
    • 6.1、他山之石
    • 6.2、硬件准备
    • 6.3、硬件连接
    • 6.5、打开工程
    • 6.5、修改代码
    • 6.6、编译下载,观察运行
    • 6.7、本节重点
  • 七、力矩反馈

SimpleFOC的教程比较多,做了一个总的链接,欢迎点击阅读:SimpleFOC教程链接汇总

提供前四节的代码,欢迎下载:
链接:https://pan.baidu.com/s/1j9pDH5OiaMipq-v6H9NDrQ
提取码:rdh7

说明

  • 前面六节用STM32F103C8T6演示了电机的FOC控制,受制于单片机性能,电机所能达到的最大速度不超过1000RPM。本文采用STM32F405RGT6,单片机性能提高,电机最大转速可以达到3000RPM。
  • 前四个代码开放,网盘链接在每一小节的开始位置。
  • STM32F103C8T6和STM32F405RGT6,代码的应用部分基本相同,主要是底层驱动不同。
  • 本文的每一小节对应前面的每一篇教程,本文只是把F405的操作过程演示了下,技术细节都在前面六篇文章中讲解过,不再赘述,建议您演示每一节的操作时看下前面对应的教程。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第1张图片

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第2张图片

     以上文章都在这个链接中,请点击

一、点亮LED

1.1、原理图

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第3张图片

1.2、硬件准备

序号 名称 数量
1 mODrive 驱动板 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第4张图片

注意:
1、ST-link跟单片机连接,建议只接三根线:SWDIO、SWCLK、GND。
2、如果驱动板接了外部供电,ST-link的3.3或者5V不要再跟单片机连接,
3、目前遇到的问题,有只接2根线不接GND,导致下载失败,
4、有接3.3V,导致ST-link和驱动板共电被烧坏,
5、如果是带隔离的ST-link,需要接3.3V,实现驱动板向ST-link下载接口供电的效果。

1.3、烧写

  • 直接在keil中下载,
    SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第5张图片

  • 如果提示连接失败,请检查接线,或者拔掉ST-link重启一次。

  • 使用ST-LINK Utility烧写
    SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第6张图片
    SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第7张图片


二、开环控制

你仍然可以阅读前面这篇文章,以获取更多详细的介绍,SimpleFOC移植STM32(二)—— 开环控制

开环控制的目的:
1、验证驱动板和电机没有问题,可以转动。
2、设置不同的voltage_limit参数,确保电机能够开环稳定转动(速度可设为T5或者T10),
这个最合适的值用于后面闭环控制的voltage_sensor_align。

2.1、硬件准备

序号 名称 数量
1 驱动板405 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1
4 USB转串口 1
5 2804云台电机 1

驱动板405 购买链接:某宝购买
电机 购买链接:某宝购买

2.2、硬件连接

  • 电机三根线随便接,不用区分相序,
  • 代码中使用USART2与串口调试助手通信,也就是驱动板的GPIO 3为TXD2,4为RXD2,所以驱动板的GPIO3接串口的RXD,GPIO4接串口的TXD。


2.3、打开工程

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第8张图片

2.4、修改参数

  • 开环控制中,最重要的参数就是voltage_limit,
  • 电机抖动转不起来把voltage_limit设置的大一点,
  • 电机发热严重的把voltage_limit设置的小一点,
  • 串口发送指令,比如“T10”,后面别忘了回车换行符。

2.5、编译下载,观察运行

  • 常用的串口调试软件,在发送区敲回车,对应的16进制数据为0D 0A,也就是回车换行;Arduino IDE自带的串口监视器,输入指令点发送,只有16进制的0A。所以不能用Arduino IDE的软件给当前代码发送指令。
  • 发送指令,从低速开始逐渐增加,速度设置过快电机容易失步变成振动。速度单位为rad/s,6.28表示一圈每秒。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第9张图片

三、角度读取

你仍然可以阅读前面这篇文章,获得单独读某一个编码器的代码,SimpleFOC移植STM32(三)—— 角度读取

3.1、硬件准备

序号 名称 数量
1 驱动板405 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1
4 USB转串口 1
5 带编码器云台电机 2
6 杜邦线 若干

驱动板405 购买链接:某宝购买
电机 购买链接:某宝购买

3.2、硬件连接


3.3、接线说明

  • I2C接口用M0的A/B为SCL0/SDA0,M1的A/B为SCL1/SDA1,
  • 如果是SPI接口的编码器,GPIO1为M0的CS,GPIO2为M1的CS,

3.4、打开工程

  • 如果需要打印速度,可以把屏蔽打开。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第10张图片

3.5、修改代码

  • “MyProject.h”文件中选择编码器型号,1表示使用,0表示不用。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第11张图片

3.6、编译下载,观察运行

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第12张图片

四、闭环控制

如果对闭环控制的概念不了解,可以先看这篇文章 SimpleFOC移植STM32(四)—— 闭环控制

前四代码下载:
链接:https://pan.baidu.com/s/1j9pDH5OiaMipq-v6H9NDrQ
提取码:rdh7

4.1、硬件准备

序号 名称 数量
1 驱动板405 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1
4 USB转串口 1
5 带编码器航模电机 1
6 杜邦线 若干

驱动板405 购买链接:某宝购买
电机 购买链接:某宝购买

4.2、硬件连接


4.3、打开工程

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第13张图片

4.4、修改代码

  • 修改电机极对数和零点校准电压。关于零点校准的说明,有疑问的请看 SimpleFOC移植STM32(四)—— 闭环控制。
  • 选择编码器型号,本节中用AB信号,当前代码不支持Z信号,下一节会增加对Z信号的支持。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第14张图片

4.5、编译下载,观察运行

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第15张图片
最大转速可以达到T300(300 rad/s = 47.8圈/s = 2866)。

五、电流采样

low-side模式,需要在PWM打开下臂MOS的时候采样,具体来说就是:

  • 配置TIM1/TIM8为中央对齐模式,并把更新做为触发输出(TIM_TRGOSource_Update);
  • ADC开 转换完成中断(ADC_IT_EOC 和 ADC_IT_JEOC),被PWM触发采样,采样完成进入中断,在中断中取出采样值;
  • 第1路电机M0,ADC2注入组采样m0_B相,ADC3注入组采样m0_C相,由TIM1触发,
  • 第2路电机M1,ADC2规则组采样m1_B相,ADC3规则组采样m1_C相,由TIM8触发。

更多电流采样的介绍,请阅读前面这篇文章,SimpleFOC移植STM32(五)—— 电流采样及其变换

本小节先介绍M0的电机控制。

5.1、采样电路的设计

Low-side模式,电流采样电路的介绍,在 《SimpleFOC之ESP32(五)—— 电流闭环控制Lowside》 第1.3节有讲解,可对比阅读。
SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第16张图片

5.2、硬件准备

序号 名称 数量
1 驱动板405 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1
4 USB转串口 1
5 带编码器航模电机 1
6 杜邦线 若干

驱动板405 购买链接:某宝购买
电机 购买链接:某宝购买

5.3、硬件连接


5.4、打开工程

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第17张图片

5.5、修改代码

  • 极对数和voltage_sensor_align,根据实际使用电机确定,
  • PID参数仅供 参考,非最佳参数,
  • 编码器增加了对Z信号的支持,有详细注释说明。请充分理解Z信号的意义,请充分理解相对值和绝对值编码器的区别。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第18张图片

5.6、编译下载,观察运行

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第19张图片

  • 同样是T300的转速,但是电流比上一节的电流要小,不知道是PID参数设置的好,还是电流环的加入让电机更加平稳,

5.7、当前问题

  • 电机转速超过T300,电流会急剧增大,并且在每次角度跨零时抖动一下,
  • 我对比了ODrive的处理方法,程序没有直接使用读取到的编码器角度,而是利用估算的角度计算,读取的编码器角度只用来校正估算角度,
  • 我觉得这个问题是影响电机转速继续提升的原因。
    SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第20张图片

六、双电机控制

更多详细的介绍,请阅读前面这篇文章,SimpleFOC移植STM32(六)—— 双电机控制和力矩反馈

6.1、他山之石

     在STM32F103C8T6的应用中,电流采样采用Inline模式,AD转换随用随取,不用考虑同步的问题;而在当前的Lowside采样模式下,只能在下臂打开的同时采样电流,需要配置AD转换为定时器触发模式,先来看下odrive的电流采样方法:

  • TIM1/TIM8的PWM频率配置为24KHz( 168M/(3500*2) ),
    SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第21张图片

  • 每个PWM周期包含两次更新,TIM_1_8_RCR为2,所以每3次触发一次定时器更新,更新频率为16KHz。

  • 下臂关闭时,采集的电流为0时的值(理论值2048=1.65V),采集值用做校准。odrive在整个运行期间都不停的校准,这与一般只在上电时校准一次的做法不同,

  • 下臂打开时,采样电流为有效值,

  • 例如,有效值1.75V - 校准值1.65V = 0.1V,实际电流=0.1/20倍运放/0.001R=5A。

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第22张图片

  • TIM1更新触发
    ADC1注入转换channel_6/Vbus,
    ADC2注入转换channel_10/m0_phB,
    ADC3注入转换channel_11/m0_phC,
  • TIM8更新触发
    ADC2规则转换channel_13/m1_phB,
    ADC3规则转换channel_12/m1_phC,


本文代码只在上电时,采样一次Vbus(电源电压),正常运行不对ADC1触发采样,
本文代码只在上电时,校准电流为0时的电压(理论值1.65V),正常运行不做校准,
SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第23张图片

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第24张图片

6.2、硬件准备

序号 名称 数量
1 驱动板405 1
2 12V电源 1
3 ST-link 1
4 USB转串口 1
5 带编码器航模电机 2
6 杜邦线 若干

驱动板405 购买链接:某宝购买
电机 购买链接:某宝购买

6.3、硬件连接


6.5、打开工程

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第25张图片

6.5、修改代码

根据编码器类型选择
SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第26张图片

6.6、编译下载,观察运行

A指令控制M0电机,B指令控制M1电机。
SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第27张图片

6.7、本节重点

  • 同时控制两个电机,电机最大转速不能达到单个电机控制的最大速度T300。这个问题应该不是单片机性能不够,而是代码架构需要调整。比如像odrive一样,设定周期读取角度,处理电机转动。
  • 同时控制两个电机,容易互相干扰,比如一个电机设定速度为0,另一个电机T20转动,静止的电机会发生抖动;或者电机转速设置稍微高一点有明显振动现象。参考odrive的做法,设置两个PWM波形90°相位差,

在这里插入图片描述

SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第28张图片

在实际控制中,参考了odrive的做法,同时根据使用的MOS管特性调整偏移值,电机之间的干扰消失,转动平稳。
SimpleFOC移植STM32(七)—— 移植STM32F405RGT6_第29张图片

七、力矩反馈

  • 力矩反馈的原理,配置两个电机为力矩模式,分别读取两个电机的角度,把角度差做为力矩目标值,所以只要有角度差就有运动,直到两个电机的角度一致。
  • 自从两个月前改进了力矩反馈的代码后,电机三相线可以随便接,只要电机参数设置好,力矩反馈并无难点,不再赘述!



(完)

你可能感兴趣的:(simpleFOC,stm32,单片机,嵌入式硬件)