SimpleFOC之ESP32（七）—— 霍尔电机

已于 2023-12-20 14:12:59 修改
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分类专栏： simpleFOC 文章标签： simpleFOC ESP32 霍尔电机
于 2022-01-31 15:30:12 首次发布
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目录


 
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一、霍尔电机介绍

  • 霍尔电机就是带霍尔传感器的直流无刷电机，下图
    在这里插入图片描述
     
  • 霍尔有两种安装方式，120度和60度，120度安装方式的稍微常见一些，下图
    在这里插入图片描述
     
  • 主要应用于车轮，特别是电动自行车，几乎都是霍尔电机，下图
    在这里插入图片描述
  • 如果是做机器人底盘，霍尔电机是个很好的选择；
  • 如果是做机械臂或者高精度应用的，霍尔电机精度低不适合此类场景。
     

二、ESP32drive控制霍尔电机

2.1、原理图

在这里插入图片描述

2.2、读霍尔角度

2.2.1、硬件准备

序号名称数量
1USB转串口1
2ESP32drive1
3霍尔电机1
412V电源1
5杜邦线若干

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ESP32drive 购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=662591519566，图锐科技

 

2.2.2、硬件连接

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2.2.3、代码演示

  • 打开示例
    在这里插入图片描述
  • 修改代码
    在这里插入图片描述
  • 用手转动电机轴，观察角度输出。如果极对数设置正确，刚好转一圈角度为6.28，
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2.3、控制霍尔电机

2.3.1、硬件准备

与上面2.2.1 的准备相同。

2.3.2、硬件连接

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ESP32drive 购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=662591519566，图锐科技
 

2.3.3、代码演示

  • 打开示例
    在这里插入图片描述

  • 修改代码
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • 发送指令，控制电机转动
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2.3.4、与simpleFOCStudio的互动

  • 如果对simpleFOCStudio不熟悉，可以先阅读此文：SimpleFOCStudio安装使用说明及PID调试
  • 上面修改代码已经给出了与simpleFOCStudio通信需要添加的代码，
  • 下面的演示采用24V电压，增大电压可以达到更高的转速，
    在这里插入图片描述
     

三、ESP32drive-D控制霍尔电机

3.1、原理图

在这里插入图片描述

  • ESP32drive-D采用非对称电路设计，M1三个使能引脚，M2一个使能引脚，
    在这里插入图片描述
  • 霍尔信号设计的有上拉电阻，可以短路跳线（背面），

 

3.2、读霍尔角度

3.2.1、硬件准备

序号名称数量
1USB转串口1
2ESP32drive-D1
3霍尔电机1
412V电源1
5杜邦线若干

在这里插入图片描述

ESP32drive 购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=662591519566，图锐科技

 

3.2.2、代码演示

在这里插入图片描述
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3.3、控制霍尔电机

在这里插入图片描述

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3.3.1、打开示例

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3.3.2、修改代码

在这里插入图片描述
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3.3.3、问题说明

  • ESP32drive-D的M1采用了三个使能引脚控制，就是为了实现方波控制，但是实际测试发现，Trapezoid_120和Trapezoid_150两种调制模式，检测的极对数总是不对。强行发送指令电机也可以转动，最高转速与SinePWM和SpaceVectorPWM调制模式差不多。
  • 比如测试用的霍尔电机为2对极，如果用SinePWM和SpaceVectorPWM调制模式，检测是正常的，控制也是正常的；如果用Trapezoid_120和Trapezoid_150检测到的极对数是2.4。本人已经反复测试对比，更换了STM32F103C8T6和PowerShieldV0.2，检测到的极对数都是2.4，也可能是我用的不对，或者这部分代码有问题。
     

3.4、控制双霍尔电机

  • 控制双霍尔电机在《SimpleFOC之ESP32（六）—— 双电机控制》的基础上修改，
  • 控制效果不太好，双电机检测都正常，但是转动时有时会突然停止，或者两个电机都正常转动的时候，操作一个电机反转，另一个电机会停止。估计跟霍尔检测的中断配置有关，代码中霍尔信号全部是中断模式，这个问题暂时不深入研究，请大家避坑！
    在这里插入图片描述
     

问题总结分析

  • 问题：
    • 1、Trapezoid_120和Trapezoid_150两种调制模式检测极对数不准确，不好用。暂时没有分析出原因。
    • 2、单个霍尔电机控制，12V时偶尔会出现突然不转的现象，用示波器查看三相PWM波形已经变为全部是高电平；24V时出现突然不转的频率明显高于12V。
    • 3、双霍尔电机控制非常不稳定。（双霍尔电机使用6个中断）
  • 原因分析：
    • 1、霍尔信号直接进入单片机，中间没有加滤波电路，工业用驱动器的霍尔信号都有阻容滤波设计。
    • 2、霍尔信号使用中断模式，软件上也没有滤波处理。
    • 3、查看SimpleFOC的底层代码，霍尔电机的处理方式是这样的：霍尔信号中断时更新一次角度，Trapezoid_120和Trapezoid_150根据角度产生方波；SPWM或者SVPWM根据角度产生矢量，如果电机是2对极，一圈12个霍尔信号，也就只有12个矢量。所以无论是方波控制，还是弦波控制，电角度每次都是跨60度，表现为电机振动大噪音大，也因此更容易产品干扰，所以同样是中断模式的ABZ编码器电机程序出问题的概率要小很多。
    • 第3个问题与常见的FOC控制霍尔电机处理方式不一样，后续应该会升级。

在这里插入图片描述
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（完）
 
 
 
请继续阅读相关文章：
SimpleFOC之ESP32（一）—— 搭建开发环境
SimpleFOC之ESP32（二）—— 开环控制
SimpleFOC之ESP32（三）—— 闭环控制
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SimpleFOC之ESP32（七）—— 霍尔电机
SimpleFOC之ESP32（八）—— ABZ编码器电机
SimpleFOC之ESP32（九）—— WIFI、UDP和TCP
SimpleFOC之ESP32（十）—— ESP-NOW和力矩反馈

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