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SimpleFOC移植STM32（七）—— 移植STM32F405RGT6

2023-11-10

目录


 

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。

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     以上文章都在这个链接中，请点击

 

一、点亮LED

1.1、原理图

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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

在这里插入图片描述

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，
    在这里插入图片描述
     

  • 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
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

 
 

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

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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。

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2.3、打开工程

在这里插入图片描述
 

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。

在这里插入图片描述
 

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

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电机 购买链接：某宝购买
 

3.2、硬件连接

在这里插入图片描述
 

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，

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3.4、打开工程

  • 如果需要打印速度，可以把屏蔽打开。

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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。

在这里插入图片描述
 

3.6、编译下载，观察运行

在这里插入图片描述
 

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

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电机 购买链接：某宝购买
 

4.2、硬件连接

在这里插入图片描述
 

4.3、打开工程

在这里插入图片描述

 

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。

在这里插入图片描述
 

4.5、编译下载，观察运行

在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述

 

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

在这里插入图片描述

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

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5.4、打开工程

在这里插入图片描述
 

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。

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5.6、编译下载，观察运行

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  • 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。
    在这里插入图片描述
     

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) ），
    在这里插入图片描述

  • 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。

在这里插入图片描述

  • 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，
在这里插入图片描述

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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

在这里插入图片描述

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

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6.5、打开工程

在这里插入图片描述
 

6.5、修改代码

根据编码器类型选择
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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。
在这里插入图片描述
 

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

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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。
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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！
    在这里插入图片描述

 
 
（完）
 

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