ODrive移植keil（八）—— 闭环控制

目录

• 一、硬件接线
• 二、官方代码操作
• • 2.1、力矩模式
  • 2.2、速度模式
  • 2.3、位置模式
• 三、移植后的代码操作
• • 3.1、力矩模式
  • 3.2、速度模式
  • 3.3、位置模式
  • 3.4、跳过上电校准
  • • 3.4.1、手动输入参数
    • 3.4.2、flash保存参数
  • 3.5、测试云台电机
• 四、代码说明
• 五、定点运算和浮点运算

ODrive、VESC和SimpleFOC 教程链接汇总：请点击

一、硬件接线

用编码器的SPI接口，可以跳过上电检测。ABZ接口必须每次上电校准，

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二、官方代码操作

用官方代码操作，验证控制效果，获取配置参数，

本小节演示用v0.5.1版本固件，因为v0.5.1的教程最丰富。当然也可以用v0.5.6版本。

2.1、力矩模式

odrv0.axis0.controller.config.vel_limit 限制最大速度，当超过最大速度时力矩变小，电机速度在限速附近波动会导致电动振动。

//力矩模式
odrv0.erase_configuration()
odrv0.config.dc_max_positive_current = 30
odrv0.config.dc_max_negative_current = -5.0
odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT
odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 7
odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 5
odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_SPI_ABS_AMS
odrv0.axis0.encoder.config.abs_spi_cs_gpio_pin = 1
odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 2**14
odrv0.axis0.controller.config.control_mode = CONTROL_MODE_TORQUE_CONTROL
odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 20    //超过限制速度，力矩变小
odrv0.axis0.controller.config.input_mode = INPUT_MODE_TORQUE_RAMP
odrv0.axis0.controller.config.torque_ramp_rate = 0.1
odrv0.save_configuration()     //v0.5.6保存后重启，不用再 reboot
odrv0.reboot()

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE
odrv0.axis0.error
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL

odrv0.axis0.controller.input_torque = 0.1

2.2、速度模式

//速度模式
odrv0.erase_configuration()
odrv0.config.dc_max_positive_current = 30
odrv0.config.dc_max_negative_current = -5.0
odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT
odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 7
odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 5
odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_SPI_ABS_AMS
odrv0.axis0.encoder.config.abs_spi_cs_gpio_pin = 1
odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 2**14
odrv0.axis0.controller.config.control_mode = CONTROL_MODE_VELOCITY_CONTROL
odrv0.axis0.controller.config.vel_gain = 0.02
odrv0.axis0.controller.config.vel_integrator_gain = 0.2
odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 50   //12V电源，5008电机的最大转速大概50
odrv0.axis0.controller.config.input_mode = INPUT_MODE_VEL_RAMP
odrv0.axis0.controller.config.vel_ramp_rate = 50
odrv0.save_configuration()     //v0.5.6保存后重启，不用再 reboot
odrv0.reboot()

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE
odrv0.axis0.error
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL

odrv0.axis0.controller.input_vel = 5

2.3、位置模式

如果电机停止的位置刚好是磁阻最大，会被齿槽力拉到磁阻最小位置，然后PID算法又把它转到磁阻最大位置，如此反复拉扯。

这个问题需要在下一节抗齿槽算法来解决，

//位置模式
odrv0.erase_configuration()
odrv0.config.dc_max_positive_current = 30
odrv0.config.dc_max_negative_current = -5.0
odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT
odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 7
odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 5
odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_SPI_ABS_AMS
odrv0.axis0.encoder.config.abs_spi_cs_gpio_pin = 1
odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 2**14
odrv0.axis0.controller.config.control_mode = CONTROL_MODE_POSITION_CONTROL
odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 50
odrv0.axis0.controller.config.pos_gain = 20
odrv0.axis0.controller.config.vel_gain = 0.04     //位置模式下的速度环PI参数比速度模式下的要大一点
odrv0.axis0.controller.config.vel_integrator_gain = 0.5
odrv0.axis0.controller.config.input_mode = INPUT_MODE_TRAP_TRAJ
odrv0.axis0.trap_traj.config.vel_limit = 10
odrv0.axis0.trap_traj.config.accel_limit = 10
odrv0.axis0.trap_traj.config.decel_limit = 10
odrv0.save_configuration()
odrv0.reboot()

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE
odrv0.axis0.error
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL

odrv0.axis0.controller.input_pos = 0
odrv0.axis0.controller.input_pos = 1

三、移植后的代码操作

使用本节提供的第一个代码，下图：

3.1、力矩模式

• 在MyProject.h文件中设置参数，下图：
  

• 编译烧写，

• 发送指令"C"，3秒钟后电机"嘀"一声，然后正转8个电角度，反转8个电角度，同时串口打印校准参数。

• 再发送指令"G"，电机闭环，

• 再发送指令"S0.1"，电机开始转动，如果空载电机会达到最大转速。如果限速，电机只能达到限制转速。
  

视频：稍后上传

3.2、速度模式

• 在MyProject.h文件中设置参数，下图：
  

• 编译烧写，

• 发送指令"C"，3秒钟后电机"嘀"一声，然后正转8个电角度，反转8个电角度，同时串口打印校准参数。

• 再发送指令"G"，电机闭环，

• 再发送指令"T10"，电机转动。读取实时速度，指令为"V"。
  

视频：稍后上传

3.3、位置模式

• 在MyProject.h文件中设置参数，下图：
  

• 编译烧写，

• 发送指令"C"，3秒钟后电机"嘀"一声，然后正转8个电角度，反转8个电角度，同时串口打印校准参数。

• 再发送指令"G"，电机闭环，

• 再发送指令"K1"，电机转到指定位置。读取当前位置指令为"P"。
  

视频：稍后上传

3.4、跳过上电校准

• 官方ODrive每次上电都要校准一下才能进入闭环，否则会报错（只有无感模式可以直接进入闭环），据说在代码中配置也可以跳过校准，我没找到配置的方法。

• SimpleFOC中，把校准参数写入代码可以跳过检测，我按照SimpleFOC的方法做了类似设计：

3.4.1、手动输入参数

1、第一次设置为0，编译烧下载，下图：

2、发送指令"C"校准电机，获取校准参数，下图：

电机起始位置不同，校准的偏置角度可能不一样，填写其中任一次的校准值即可（原理在上一篇教程中讲过了）。

3、把获取的五个参数写入代码，编译下载，下图：

4、重新上电，可以不用再校准，直接发送指令"G"进入闭环。

5、ABZ编码器为增量编码器，需要每次上电都检测，不能跳过。

3.4.2、flash保存参数

手动输入参数比较麻烦，功能升级，增加了flash保存功能，并且可以开机进入闭环，请看第二个代码，

1、上电后发送指令"C"校准电机，

2、发送指令"A1"配置已经校准，相当于官方指令：odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True，

3、如果需要开机进入闭环，发送指令"B1"，相当于官方指令：odrv0.axis0.config.startup_closed_loop_control = True，

4、发送指令"F"保存参数到flash，

5、发送指令"R"重启。

6、初始化时设置好目标值，闭环后可直接运行到设定值。

保存在flash的参数，重新烧写代码不会被删除，代码更新时记得发送指令删除，以免影响新代码的执行。

3.5、测试云台电机

ODrive也可以控制云台电机，参数更容易调试，因为有梯形轨迹算法，所以位置模式的效果也比SimpleFOC好，

1、硬件接线，下图：

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电机 购买链接：某宝购买

2、在MyProject.h文件中设置参数，下图：

3、操作与上面的相同，不再赘述，

视频：稍后上传

四、代码说明

以这个代码为例，简单捋下流程：

1、while(1) 的工作量很小，下图

2、定时器更新中断是核心，下图：

3、大部分功能处理在 上图的control_loop_cb() 函数中，

4、在axis.c文件中进入闭环，下图：

5、在controller.c文件中根据输出模式，处理位置、速度和力矩变量，

然后是位置环PID和速度环PID运算，下图：

所有的输入模式，运算后最终生成这个输出，下图：

6、在motor,c中生成 Id/Iq，下图：

7、接下来就是你们喜欢的FOC变换，主要由 pwm_update_cb() 函数实现，

代码流程就是这样，别问我细节，我不可能自毁形象告诉你我不会！

五、定点运算和浮点运算

• 定点运算，通过放大程序运行中的变量的方式，把浮点数转化为定点数，提高了计算效率，使得低性能的单片机也可以实现高性能的算法。

• 去年（2022年）初的时候我还曾计划过把SimpleFOC的代码转换为定点运算，好在没空做。

• 定点运算早就存在，但是ST采用定点运算配合它的电机库，极大的推广了这一技术，我觉得目前市面上只要是定点运算的电机驱动器，应该都会受到ST的影响，或者直接就师承ST。

• 定点运算的标幺化太过复杂，繁琐，既要防止溢出又怕精度不够，对于新手非常不友好。

  浮点运算则简单、直观、高精度，除了单片机成本高，但是随着国产单片机的崛起，成本门槛已经不存在了。

• 并且随着ODrive和VESC等开源技术影响的逐渐扩大，浮点运算一定会成为主流。

• 看到一些国产单片机厂家在推定点运算的驱动器，我觉得这些厂家应该是没把握住技术发展方向，要么就是技术不够成熟。请大家根据自己的能力和需要选择技术路线。

  （完）