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SimpleFOC Porting to STM32 (7) – Porting 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、硬件准备
  • 5.2、硬件连接
  • 5.3、打开工程
  • 5.4、修改代码
  • 5.5、编译下载，观察运行
  • 5.6、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
     

    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，网盘链接在每一节的开始位置。
  • 和前面六章用STM32F103C8T6相比，移植后的代码，应用部分是完全相同的，主要是底层驱动不同。
  • 前面文章已经详细讲过的技术难点本文不再重复，如有不懂可看下前面几篇文章。

    •  

    一、点亮LED

    链接：https://pan.baidu.com/s/17qQ46F0iCBFMCMNmwC0gnA
    提取码：k11o

    1.1、原理图

    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


     

    1.3、烧写

    注意：
    1、如果接了外部12V电源，ST-link的3.3或者5V电源就不要再跟单片机连接，
    2、ST-link跟单片机连接，以前我都是只接三根线，现在发现RST信号接入后烧写更稳定了。

     

    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

    本节代码下载：
    链接：https://pan.baidu.com/s/1W2JHhauEoUN_0f2LhlJ-uA
    提取码：4kyc

    2.1、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
    4 USB转串口 1
    5 2804云台电机 1

    mODrive 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


     

    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。


    •  

    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

    本节代码下载：
    链接：https://pan.baidu.com/s/1YrT5unNBFKMGDQByhpgwXA
    提取码：gbpo

    3.1、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
    4 USB转串口 1
    5 带编码器云台电机 2
    6 杜邦线 若干

    mODrive 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。


    •  

    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。


    •  

    3.6、编译下载，观察运行


     

    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

    本节代码下载：
    链接：https://pan.baidu.com/s/1Bha2drDvGBN-s00lSc7kKA
    提取码：ra3b

    4.1、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
    4 USB转串口 1
    5 带编码器航模电机 1
    6 杜邦线 若干

    mODrive 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

     

    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。


    •  

    4.5、编译下载，观察运行


    最大转速可以达到T300（300 rad/s = 47.8圈/s = 2866）。
     

    五、电流采样

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

    5.1、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
    4 USB转串口 1
    5 带编码器航模电机 1
    6 杜邦线 若干

    mODrive 购买链接：某宝购买
    电机 购买链接：某宝购买
     

    5.2、硬件连接


     

    5.3、打开工程


     

    5.4、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。


    •  

    5.5、编译下载，观察运行

  • 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，
     

    • 5.6、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。

     

    • 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) ），

  • 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。

  • 下臂关闭的时候，采集的电压为电流为0时的电压，做校准，

  • 下臂打开的时候，采集的电流做为有效电流值处理，

  • 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，校准下电流为0时的电压，正常运行不做校准，


     

    6.2、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
    4 USB转串口 1
    5 带编码器航模电机 2
    6 杜邦线 若干

    mODrive 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


     

    6.5、修改代码

    根据编码器类型选择

     

    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。

     

    6.7、本节重点

  • 两个电机同时控制，电机的最大转速不能达到上节的T300。表现为电机转速比如A250，观察电流会发现电流随角度变化而变化。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。像odrive一样，设定周期读取角度，处理电机转动。
  • 两个电机同时转动，容易互相干扰，表现为电机转速高了后电机振动，转速上不去，比如在上一节单电机控制中，电机最大转速为T300，而在有干扰的情况下，最大转速到200就振动得几乎失控。参考odrive的做法，设置两个PWM波形一定的相位差，


    •  
    在实际控制中，参考了odrive的做法，同时根据使用的MOS管特性，调整了偏移值以获得最佳效果。

     

    七、力矩反馈

    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）
     

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