一、电机的三种控制模式
（为保证本文可读性，把之前写过的搬运到此。）

1.1、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。
4 U' \* g: t( y+ [" ?, k1 B8 b  ◎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。
; V: a) |0 Y, T! P) J( g
1.2、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。
& m, X  T7 i  B% n  V  ◎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。
; ?# M5 R) u! ^. U7 K7 Y- y
1.3、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。
& I7 m# I0 t% U* A3 X  ◎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。

! s2 L: _0 `4 K* H
1 }  @2 G6 _, v2 L3 L二、硬件介绍
! H1 o# Q7 A2 y: E  本节实验适合运行在SimpleMotor和STM32最小系统板上（Bluepill）。

  S* S+ E0 H9 ]/ a, [2.1、原理图

, q0 k& A9 N* J" R$ E0 u( A
( h( c! E: F6 R- L( O* H0 ]( V
9 I( p, [9 k2 v2.2、SimpleMotor方案
2.2.1、准备清单
2 R. n$ t3 M1 ?* p# z) Z$ b

- R7 S4 }( a# m6 l  _* g* x

带编码器云台电机可以是AS5600，也可以是TLE5012B。
. U" s! ?4 h! @' @7 }' ?8 {# t3 e, M
) q: X; R. ~/ W9 }3 g2 _$ M2 q: L2.2.2、接线
# g  ~( N. g" S9 D


5 K. K5 M' ^* x5 q3 g) b只展示M1的接线，M2的接线根据原理图自行连接。

2.3、STM32方案
- W) c0 q' X! b  x. i: p8 `' z2.3.1、准备清单
& F( n# u; J3 @0 u; E& P' V
) E# A  Z3 D# `! V* z0 g/ I+ A
& `- Y' M5 [: s2 r2 L. i


6 k* b$ n- a7 s/ i3 [/ f6 C带编码器云台电机可以是AS5600，也可以是TLE5012B。
$ Q% n3 T! z! c# s; e' n" |% Z, C& r
8 g+ O' s/ |' q4 F& s6 v, |2.3.2、接线


3 J# ~" Q5 S( K( O9 L; ]5 W
0 h3 O# `  x2 s8 V对照 Shield V2.0.3 的原理图：

; a, s6 \/ |! y



) s  x# p; a$ r- ?; z% `3 F
% i/ ]; o5 K1 F4 U只展示M1的接线，M2的接线根据原理图自行连接。

0 Z0 c/ B3 s* A' }: V
三、控制原理
9 |* B& W$ p  T. ]1 H3 u3.1、闭环控制原理
: s6 K5 k; ]8 h' O1、力矩模式



  ◎串口设定值为Uq，Ud固定为0；
! f6 \) P- D8 l" J$ Z: \- e$ `  ◎控制原理与开环控制很像，核心代码是SVPWM；
  ◎开环的θ是人为设定的，而闭环的θ来自编码器。
/ N* j; q6 N' |8 m
2、速度模式
) ]8 }1 ~5 q0 v5 p3 b& E
. o9 y6 K+ N) f! k4 u

  ◎力矩闭环外增加了速度环；
- J* T# h; `. r5 Z/ X9 B  ◎串口设定值为期望速度（Vd）；
  ◎实际速度和期望速度的差作为PID输入，输出值为SVPWM的输入（Uq），Ud固定为0；
  ◎编码器读到的角度为机械角度，先转为电角度供SVPWM使用（θ）；
( t' [' {2 H  L3 |) z+ _  ◎根据最近两次的角度差和时间差计算出当前速度（v），速度做滤波处理（Vf），因为速度要保持平滑不能突变；
& y% N; R" Y- |+ {
; K: v% G3 \! R" S! i4 T8 K3、位置模式
, U3 i5 [- j% j# J0 }) D8 o

: d, l2 q. c0 @" e# f
  ◎与速度环相比多了一个位置环，相应的要调试位置环PID，创作者的代码中只使用了P参数，实际应用中一般会用PD参数。
8 p0 Y+ a( {5 ~
/ b! ^" _. N' C; u! H) w
  Y1 m2 @9 `% S! l8 B! t- w, `3.2、零点检测
3 Y/ s' R) h; B1 _  一般的无刷电机驱动器会有个学习模式，用拨码开关切换，第一次使用先拨到学习模式，检测电机参数后保存到内部flash。然后切换到工作模式，驱动器每次上电都会导入存储的参数，执行控制。
  SimpleFOC上电后也会检测电机参数，但是没有保存的动作，所以每次上电都要检测，对于带磁编码器的电机，需要检测机械角度和电角度的偏差（zero_electric_angle），和电机极对数（pole_pairs）。
2 S# J; |, v" `' [  Q* H* a# Z. Z  机械角度零点和电角度的零点，在实际操作中基本是不可能对齐的，所以同学们不要有通过调整编码器角度，把零点对齐的这个想法。
+ E! N) D; ]* o3 R& q& N

+ o7 \3 c/ ~8 }, K
% e+ m* P/ a. Z5 [( E7 i1 i( _
0 |  C' y, e6 G
代码位置在：BLDCMotor.c，

1 U1 C5 L3 N) F+ ]) o: t
- J5 d; s& k7 K8 S. m

3 @* u0 |3 K+ q# V8 y- s
, M9 U7 ?3 k9 ]( I# R/ V( I3.3、零点检测代码简单说明
- t) z0 i% `% K9 i
关于代码中为什么要加 _3PI_2 的原因：
+ f9 k! @# X  D' z9 t

: c1 u" c6 O0 U/ B( r
& h) H' `* B2 X/ ?4 S+ H磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，d轴建立磁场，q轴做功，
6 X( m* }& J1 f3 u' b因为q轴是垂直磁场的，假如设置 θ=0°，电机最终停留在90°位置，所以要想让电机停留在0°，需设置 θ=270°。
而d轴是磁场方向，设置θ=0°，电机就停留在0°。
所以设置Uq=x，θ=270°，其效果等同于Ud=x，θ=0°。
+ \& q, H1 m1 J& b" ~% r1 b
2 S5 g. \% |, K
; N5 V" h2 n/ e$ f4 `
以开环的方式实际测试，证明了确实是这样。

3 Z6 e1 Q$ c% o; r0 Z四、程序演示
# P, R2 }: e: u: R# B# I

' P; B9 P* f8 p

2 x3 \( x% R8 x( C- t: [/ }
4 x9 \, Y5 i4 L& D

: K3 O) K  r& s! f$ b/ l+ p& C5 d注意：如果检测到的极对数与实际不符，停止继续操作，否则电机会堵转
, \2 H0 x" i' `2 v& B1 k

  z' n8 z/ V2 @: X" H, f1 P& H4.1、力矩模式
1、选择力矩模式，其它参数根据实际情况设置

# p8 G5 o1 J% O8 [# Z! Q
8 ^' m8 L% l: r, z3 Q
5 W: ~7 ]1 R. ?1 o* Z1 d2、编译下载
# [8 ]$ w6 Z3 u  O3 T- t  可以串口下载或者SWDIO下载；
! q1 u( }6 f# \( I0 v! N4 |0 J  如果是串口下载，Boot加上跳线帽，下载完毕后拿掉跳线帽，按复位键重启或者断电重启。
7 z( u7 s4 H7 K8 r- K2 F$ u  注意：复位重启只能重启单片机，编码器没有重启，这可能会导致重启后的I2C接口编码器不能正确读出，SPI接口编码器不受影响。
4 P3 U  U  t& x* r3、等待初始化完成
. H; Q0 X7 X% R6 i3 p4、串口发送指令，此时发送的数据表示电压值Uq
/ Y: r' \" I; U  注意：设置的电压值不能超过voltage_power_supply/√3，比如电源电压12V，设置不能超过6.92V。

( o- b$ ]! c3 r) C. j$ \' C% L

5、给电机施加阻力，感受不同电压对应不同的力矩

* k( U; F. N) Z& h5 h2 Q" P! u注意：力矩模式不涉及PID，所以比较简单，大功率电机设置电压值不能太大。
! x: E7 n* Z# n+ V6 N
/ c, ?- j, b$ h% E& ?- k7 e5 \
9 e' M/ i: R% T* R4 K! }" E  Z4.2、速度模式
1、选择速度模式


3 J3 w' N; g  }9 T
/ I0 u' B- @9 w注意：PID参数根据电机实际情况自行设置。
- |/ k: U9 x3 n
2、编译下载
3、重新上电，等待电机初始化完成
4、串口发送指令T6.28，观察电机是否以1圈/秒的速度转动。



% p+ {2 B, ^- U  W* z3 b& h5、设置不同速度，观察电机转动变化。给电机施加阻力，观察电机转动
! p3 h0 Q3 q  G) F+ _- Z
/ Y" Z5 Y# C9 p- E  ]: c
" D/ v5 Q- y7 `8 T6 v% d: u4.3、位置模式
- S+ F- N/ Q& M( A: _1、选择位置模式
; D& g0 Z6 p2 S. ]+ j. i' K


7 F# y4 ~, p# q; [( A) u注意：本例中，位置模式包含了位置PID和速度PID，根据电机实际情况自行设置，不了解PID的请百度。
! r! O: d/ j  e* b! E! Z9 ^3 @2、编译下载
3、重新上电，等待电机初始化完成
4、串口发送指令T6.28，观察电机是否转动一圈
: x( u" y" H1 T, S+ Y  上电后为了保证电机为静止状态，设置初始化后的目标角度为当前角度，所以第一次设置角度6.28，电机不会转一圈。第一次可以设置目标角度为0。

5 h+ \) O3 ~% }. e, d

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( r+ J( m1 Q( B" B1 I& M3 l版权声明：loop222
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