Arduino SimpleFOC库-004-BLDC 电机配置

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#单片机 #arm #嵌入式硬件 #mcu

本文档详细介绍了如何使用Arduino SimpleFOC库配置和控制BLDC电机，包括电机实例创建、传感器连接、驱动器链接、电流感应、参数配置、对齐过程以及实时运动控制。重点讨论了各种配置选项，如PWM调制类型、电机对中参数、电流控制模式等。

所有 BLDC 电机都在BLDCMotor类中处理。这个类实现：

  • BLDC FOC 算法
  • 运动控制回路
  • 监控
  • 用户通讯接口

 1. 创建 BLDC 电机的实例

要实例化 BLDC 电机，我们需要创建BLDCMotor该类的实例并为其提供电机的极对数.

//  BLDCMotor(int pp, (optional R))
//  - pp  - pole pair number
//  - R   - phase resistance value - optional
BLDCMotor motor = BLDCMotor(11 , 10.5);

极对数

如果您不确定您的pole_paris号码是多少。该库提供了一个示例代码来估计您pole_paris在示例中的数量find_pole_pairs_number.ino。

相位电阻

如果您事先知道您电机的相电阻值R，我们建议您将其提供给图书馆。然后库将在内部计算电压值，用户将只处理电流。但这是一个可选功能。

2. 连接传感器

一旦定义了电机并初始化了传感器，您需要通过执行以下命令来链接motor和sensor：

// link the sensor to the motor
motor.linkSensor(&sensor);

该库中linkSensor方法能够实现连接电机到任何传感器。sensor将被用于确定电机的FOC算法的电位置以及用于速度和位置的运动控制环。有关更多信息，请参阅位置传感器文档！

使用开环运动控制时不需要链接。

 3. 链接驱动程序

一旦定义电机并初始化了驱动程序，您需要通过执行以下命令来链接motor和driver：

// link the driver to the motor
motor.linkDriver(&driver);

该BLDCMotor类期望得到一个BLDCDriver类的实例，在默认情况下类实现BLDCDriver3PWM和BLDCDriver6PWM。驱动程序处理与特定微控制器架构和驱动程序硬件相关的所有硬件特定操作。有关更多信息，请参阅bldc 驱动程序文档！

 4. 连接电流感应

如果您有电流传感器，您可以将current_sense链接到motor使用：

// link the current sensor to the motor
motor.linkCurrentSense(&current_sense);

仅当您具有此库支持的电流感应时，才需要此链接步骤。

5. 配置参数

如果您选择不设置某些配置参数，它们将采用defaults.h文件中定义的值。

5.1 PWM 调制类型

BLDC 电机有四种类型的磁场定向控制调制类型：

  • 正弦 PWM 调制
  • 空间矢量PWM调制
  • 块换向 -有益于电流控制应用
    • 梯形120
    • 梯形 150

您可以通过更改motor.foc_modulation变量来设置它们：

// choose FOC modulation
// FOCModulationType::SinePWM; (default)
// FOCModulationType::SpaceVectorPWM;
// FO
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wenqiangwu
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用Arduino，SimpleFOC库如何通过按键来切换电机的运动模式
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<think>首先，用户的问题是：“我想查找使用Arduino和SimpleFOC库通过按键切换电机运动模式的方法 请问Arduino使用SimpleFOC库通过按键切换电机运动模式的方法”。他们提供了三个引用，但我需要参考用户上一次的问题和我的回答。用户上一次的问题没有被提供，所以我要基于当前查询处理。 用户的查询是关于使用Arduino和SimpleFOC库来控制电机，通过按键来切换运动模式。引用中提到了一些关键点： - 引用[1]：讨论了USB转TTL的兼容问题、零点校准的重要性，以及SmartKnob使用了SimpleFOC库。 - 引用[2]：提到了项目v1和v2的代码理解，但没有具体细节。 - 引用[3]：是关于瀚文智能键盘的项目，涉及多功能交互模块和FOC力反馈旋钮，提到了固件源码。 用户的核心问题是：如何使用Arduino和SimpleFOC库通过按键切换电机运动模式。 我需要基于SimpleFOC库的知识来回答。SimpleFOC库是一个用于无刷直流电动机控制的Arduino库。 关键步骤： 1. **初始化电机和传感器**：设置电机、传感器（如编码器）、驱动器（如BLDC驱动器）。 2. **设置运动控制模式**：SimpleFOC支持位置控制、速度控制和扭矩控制等模式。 3. **添加按键功能**：在Arduino代码中读取按键输入，并根据按键状态切换运动模式。 4. **实现模式切换逻辑**：定义不同的运动模式（如位置模式、速度模式），并在按键按下时切换。 5. **校准和配置**：引用[1]提到零点校准很重要，所以要确保电机在初始化时校准。 在代码结构中： - 使用 `SimpleFOC` 库的函数。 - 设置一个或多个按键输入引脚。 - 在 `loop()` 函数中检测按键状态。 - 当按键被按下时，改变电机的运动控制模式。 示例代码框架： ```cpp #include <SimpleFOC.h> // 定义电机、传感器等变量 BLDCMotor motor = BLDCMotor(7); // 例如，电机极对数 BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 10, 11, 8); // 驱动引脚 Encoder encoder = Encoder(2, 3, 8192); // 编码器引脚和分辨率 // 定义按键引脚 const int buttonPin = 4; // 假设按键连接到引脚4 int buttonState = 0; int lastButtonState = LOW; unsigned long lastDebounceTime = 0; unsigned long debounceDelay = 50; // 消抖延时 int currentMode = 0; // 0: 位置模式, 1: 速度模式, 2: 扭矩模式 void setup() { // 初始化串口 Serial.begin(115200); // 初始化编码器、电机、驱动器 encoder.init(); motor.linkSensor(&encoder); driver.voltage_power_supply = 12; driver.init(); motor.linkDriver(&driver); // 设置运动控制模式 motor.controller = MotionControlType::torque; // 初始模式 motor.init(); // 初始化按键引脚 pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 零点校准（参考引用[1]） motor.initFOC(); } void loop() { // 运行FOC motor.loopFOC(); motor.move(); // 读取按键状态 int reading = digitalRead(buttonPin); // 消抖处理 if (reading != lastButtonState) { lastDebounceTime = millis(); } if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) { if (reading != buttonState) { buttonState = reading; // 当按键按下（从高到低变化，因为INPUT_PULLUP） if (buttonState == LOW) { // 切换模式 currentMode = (currentMode + 1) % 3; // 假设有3种模式 switch (currentMode) { case 0: motor.controller = MotionControlType::angle; Serial.println("切换到位置模式"); break; case 1: motor.controller = MotionControlType::velocity; Serial.println("切换到速度模式"); break; case 2: motor.controller = MotionControlType::torque; Serial.println("切换到扭矩模式"); break; } } } } lastButtonState = reading; } ``` 重要注意事项： - **零点校准**：引用[1]强调零点校准很重要。在 `setup()` 中调用 `motor.initFOC()` 进行校准。校准只需一次，除非硬件改变。 - **按键消抖**：添加消抖逻辑以避免多次触发。 - **模式定义**：SimpleFOC支持 `MotionControlType::angle`（位置）、`velocity`（速度）、`torque`（扭矩）等。 - **引用适配**：用户引用中提到SmartKnob和瀚文项目，这些可能有具体实现，但基于提供的信息，我需要泛化回答。 回答结构要清晰： - 解释基本概念。 - 提供代码示例。 - 给出步骤说明。 - 添加相关问题。 最终，生成相关问题。 系统指令要求： - 所有行内数学表达式用 `$...$`，但这个问题可能不涉及数学，所以忽略或不适用。 - 独立公式用 `$$...$$`，不适用。 - LaTeX语法正确，但在这个上下文中，主要是代码。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中添加引用标识，如[^1]，但基于引用内容。 在回答中，当提到零点校准时，引用引用[1]。 相关问题： 1. 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// 驱动器引脚（PWM和使能） Encoder encoder = Encoder(2, 3, 8192); // 编码器引脚A=2, B=3, 分辨率8192 // 定义按键引脚和变量 const int buttonPin = 4; // 按键连接到数字引脚4（使用INPUT_PULLUP） int buttonState = LOW; // 当前按键状态 int lastButtonState = LOW; // 上一次按键状态 unsigned long lastDebounceTime = 0; // 消抖计时 const unsigned long debounceDelay = 50; // 消抖延时（毫秒） // 定义运动模式变量（0=扭矩, 1=速度, 2=位置） int currentMode = 0; // 初始模式设为扭矩模式 void setup() { Serial.begin(115200); // 初始化串口通信 // 初始化编码器 encoder.init(); motor.linkSensor(&encoder); // 初始化驱动器 driver.voltage_power_supply = 12; // 电源电压（V） driver.init(); motor.linkDriver(&driver); // 设置初始运动模式和控制器参数 motor.controller = MotionControlType::torque; // 初始为扭矩模式 motor.voltage_limit = 6; // 电压限制（防止过载） motor.velocity_limit = 10; // 速度限制（rad/s） // 初始化按键引脚 pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 使用内部上拉电阻 // 零点校准（只需一次，写入参数后不需重复） motor.initFOC(); // 执行校准，获取电机偏置角 Serial.println("零点校准完成！"); } ``` #### 步骤3: 实现按键切换逻辑 在`loop()`函数中，运行电机控制循环（`motor.loopFOC()`和`motor.move()`），并检测按键状态。按键需添加消抖逻辑（debounce）以避免误触发。当按键按下时，通过`switch`语句切换模式。 示例切换代码： ```cpp void loop() { // 运行FOC控制循环 motor.loopFOC(); motor.move(); // 根据当前模式控制电机 // 读取按键状态（INPUT_PULLUP时，按下为LOW） int reading = digitalRead(buttonPin); // 消抖处理（检测按键变化） if (reading != lastButtonState) { lastDebounceTime = millis(); // 重置计时器 } // 消抖延时后检测有效按键 if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) { if (reading != buttonState) { buttonState = reading; // 按键按下（下降沿触发），切换模式 if (buttonState == LOW) { currentMode = (currentMode + 1) % 3; // 循环切换（0->1->2->0） // 根据模式设置控制器 switch (currentMode) { case 0: // 扭矩模式 motor.controller = MotionControlType::torque; Serial.println("模式切换至: 扭矩控制"); break; case 1: // 速度模式 motor.controller = MotionControlType::velocity; Serial.println("模式切换至: 速度控制"); break; case 2: // 位置模式 motor.controller = MotionControlType::angle; Serial.println("模式切换至: 位置控制"); break; } } } } lastButtonState = reading; // 更新状态 delay(1); // 小延时，减少CPU负载 } ``` #### 关键注意事项 1. **零点校准**：如引用[1]所述，零点校准是必须的，但只需执行一次（除非硬件改变）。`motor.initFOC()`在`setup()`中调用后，参数会被保存，后续上电不需重复校准[^1]。 2. **按键消抖**：机械按键易产生抖动（bounce），消抖逻辑确保每次按下只触发一次切换。 3. **模式切换安全**：在切换模式时，建议重置目标值（如`motor.target = 0`）以避免突然变化导致电机冲击。可在switch语句中添加。 4. **USB通信兼容性**：如引用[1]提到，USB转TTL模块可能有兼容问题。如果串口通信失败，尝试更换模块或重复连接几次[^1]。 5. **扩展性**：可支持更多模式（如自定义模式），只需扩展`currentMode`的范围和switch语句。引用[3]的瀚文键盘项目展示了类似模块化实现，可通过串口协议扩展功能[^3]。 #### 完整示例代码 以下是一个完整的Arduino草图（sketch），整合上述步骤：[下载完整代码](https://github.com/simplefoc/Arduino-SimpleFOCShield) ```cpp #include <SimpleFOC.h> BLDCMotor motor = BLDCMotor(7); BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 10, 11, 8); Encoder encoder = Encoder(2, 3, 8192); const int buttonPin = 4; int buttonState = LOW; int lastButtonState = LOW; unsigned long lastDebounceTime = 0; const unsigned long debounceDelay = 50; int currentMode = 0; void setup() { Serial.begin(115200); encoder.init(); motor.linkSensor(&encoder); driver.voltage_power_supply = 12; driver.init(); motor.linkDriver(&driver); motor.controller = MotionControlType::torque; motor.voltage_limit = 6; pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); motor.initFOC(); Serial.println("校准完成，准备运行！"); } void loop() { motor.loopFOC(); motor.move(); int reading = digitalRead(buttonPin); if (reading != lastButtonState) { lastDebounceTime = millis(); } if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) { if (reading != buttonState) { buttonState = reading; if (buttonState == LOW) { currentMode = (currentMode + 1) % 3; switch (currentMode) { case 0: motor.controller = MotionControlType::torque; Serial.println("扭矩模式激活"); break; case 1: motor.controller = MotionControlType::velocity; motor.target = 2.0; // 设置目标速度（rad/s） Serial.println("速度模式激活"); break; case 2: motor.controller = MotionControlType::angle; motor.target = 3.14; // 设置目标位置（弧度） Serial.println("位置模式激活"); break; } } } } lastButtonState = reading; delay(1); } ``` ### 测试与调试 - **上传代码**：将代码上传到Arduino，打开串口监视器（115200波特率）查看模式切换日志。 - **按键连接**：按键一端接地，一端接引脚4（使用内部上拉）。 - **传感器校准**：如果电机不转，检查传感器接线和校准值。SimpleFOC库的示例代码（如`motor_sensor_test`）可帮助调试。 - **引用兼容问题**：如遇到USB通信失败，参考引用[1]建议，尝试更换USB转TTL模块或多试几次[^1]。 ###
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