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。）
' M" ^7 `3 |8 ~. w5 l$ P3 y
4 c# D" P& V! h. D$ b( s# I. ^1.1、力矩控制模式
% L* X0 S3 a, G+ f/ M3 l% J  ◎电机在运行过程的电流，始终等于给定的值。
! _  p) D2 v4 \/ l  ◎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。
( K5 l. m0 c& i, ~  ◎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。

  t: \; b# X# T2 @, R1.2、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。
9 {1 p7 X$ c! H3 F; m9 s8 x) @( |/ b  ◎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。
# s7 l) j+ T* C1 ~+ ?( L$ C  ◎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。
( B2 s5 S. e$ ?2 j7 S
1.3、位置控制模式
- A) c) r& m8 z. o' B, {8 \  ◎精确控制电机转动到指定角度，
" P# ]: O4 _( T, _( c8 v  ◎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。
  ◎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。
" l: [2 ^! h- ?/ {* v  b+ H

8 A/ d1 G: X% O4 }8 l2 T* K二、硬件介绍
  本节实验适合运行在SimpleMotor和STM32最小系统板上（Bluepill）。
- U/ E3 H/ Z2 Y' X
2.1、原理图
1 d: k3 k$ [. e3 Q( ~
+ k! Q7 j% L; K7 y
! J9 I$ t7 T, s0 M& h; z" l
9 M; o! {$ H$ f/ c" g7 v: Q2.2、SimpleMotor方案
- n1 ?& v8 a3 Q+ {9 c9 |) [4 f2.2.1、准备清单

  X' K. N( T) S/ @6 f& G


( _4 J) c# j, ]带编码器云台电机可以是AS5600，也可以是TLE5012B。
, q4 y/ v1 R) g5 w* u
+ b5 t4 a% k) f9 c0 c2.2.2、接线

9 j# g7 a" C) C" k3 j

只展示M1的接线，M2的接线根据原理图自行连接。
  F7 n: c. z  |- ?  f$ s4 M
2.3、STM32方案
) J+ s9 ]3 U  R1 @3 t+ \2.3.1、准备清单

' u5 e' D2 k3 Q9 p! z
- t/ C2 a" T1 A/ j/ ]


, n- h. W2 |# \, e$ ?! e% L" W带编码器云台电机可以是AS5600，也可以是TLE5012B。

2.3.2、接线

# Q; A1 N1 b& G% P! z! n# _% X

对照 Shield V2.0.3 的原理图：

  A8 y" S' g/ }( c1 i
8 Q% n) C8 k( R; u
6 D, }# w* }- F5 H' E: e

) j% ~8 v4 G& I: j; s, m
只展示M1的接线，M2的接线根据原理图自行连接。
, O$ Q3 B5 ^/ E( B( b# y
, T1 p. W# m, o3 B" R) E* q. V
三、控制原理
3.1、闭环控制原理
1、力矩模式
. W, U6 E2 T- X1 Z4 k2 z
+ @. |! }% F# f/ G' M$ U/ i; Q, h5 w7 X

  ◎串口设定值为Uq，Ud固定为0；
4 U! p+ b$ F& b: F- z+ Q  ◎控制原理与开环控制很像，核心代码是SVPWM；
! u! G  \; v& s# v% F# j  ◎开环的θ是人为设定的，而闭环的θ来自编码器。
5 {  I8 ~! Q8 S- G" P# m4 s& O' G9 E
2、速度模式
# ^) y* [$ i( e( G9 v; t
6 z6 P7 b0 _" x1 G2 r. ^# R6 U$ |

  ◎力矩闭环外增加了速度环；
  ◎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）；
! h8 D( k; J1 ?+ R  ◎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；
4 F. k$ L& U& P* d+ {! P) x
3、位置模式


" k3 m( d& K+ T3 Z; s# N. P
  ◎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。
) d# D6 C, B) R0 g; k
( E1 n7 u  b0 w) ?* M9 N9 P
3.2、零点检测
  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）。
! h# e% z/ L" T: ?7 y9 I2 @4 M  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。
) i( @7 f- n' G5 i# r4 U& @1 \
- k9 J( i1 s9 V% o! C3 ]7 i
/ ^$ z4 [; h. K. c# ?- b1 K


代码位置在：BLDCMotor.c，



7 f6 F4 a. T7 K  B# D

7 r+ L2 D( S: E( j: G3.3、零点检测代码简单说明

关于代码中为什么要加 _3PI_2 的原因：
3 T8 @9 p$ K/ z7 E6 U; t/ z
$ w* J7 v. y  \+ C

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，
" D6 ~$ p7 k( m0 X! V6 n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°。
& x  @( k: Q' `而d轴是磁场方向，设置θ=0°，电机就停留在0°。
1 S$ f9 o" [* |( q# y所以设置Uq=x，θ=270°，其效果等同于Ud=x，θ=0°。

8 ?7 E* E% u% H& W0 ]* O+ e: @) A
6 O* L! G8 j! u  F$ o
4 f1 X' k/ O) z% D6 m9 n' f4 C以开环的方式实际测试，证明了确实是这样。

' ]" k1 @: H/ o! J+ Y! K: O3 z; y  r四、程序演示
  ?" x" n$ r! M" [


  s6 y' L! q+ P) H

/ G( Z( p5 d8 I

( z4 c7 y$ r$ C$ s+ R0 q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
: b1 D5 _  t9 ~  M0 @

) A+ G1 h; p6 ~$ g4.1、力矩模式
7 l6 {" W* Y; K# A1、选择力矩模式，其它参数根据实际情况设置
- \$ V5 H3 G7 @, \2 |) y

0 w0 D3 g* c" w- K9 K: o. V8 q
+ a5 V) C! [% u2、编译下载
  可以串口下载或者SWDIO下载；
  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。
  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。
, T' j4 r. X0 {9 Z3、等待初始化完成
4、串口发送指令，此时发送的数据表示电压值Uq
5 k: Q7 `  n1 C8 R' k5 {. }$ U! j5 w  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。

7 B1 T" N; ~9 ~8 A% L
3 D& t6 T; L" |( ~/ Y4 P
5、给电机施加阻力，感受不同电压对应不同的力矩

+ o- r3 B+ V5 C8 @! h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。


4.2、速度模式
1、选择速度模式
! r" B5 L; y5 \' `5 M6 `
6 b4 [7 Q+ E* i) V
# v; T$ a5 T, ]% S8 M
注意：PID参数根据电机实际情况自行设置。

2、编译下载
2 s; D/ P( G* N' I" n; R3、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。


* ]6 [) o  `+ d
+ Z! N9 G3 y2 w4 L8 E8 r% f5、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
  v; w+ s$ N2 r
/ c% N4 E6 V* G+ ?. K: k
4 L5 T( {( W0 H! U2 M4.3、位置模式
+ X+ y! Z+ Q% }, T1、选择位置模式
. H+ u* t8 u  E3 u" q7 ]

5 C7 ~0 T' |9 f9 R" N: X, o" g9 F
) V, B6 i' p9 c; X( }( d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。
; s/ j, M" P. U3 q7 h2、编译下载
3、重新上电，等待电机初始化完成
: j; b' ]5 g. ^2 P* Y0 s4、串口发送指令T6.28，观察电机是否转动一圈
$ g8 k4 c* }% @/ W7 ], i  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。

, o: Z" b. M0 `2 ~% C# T
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