ODrive移植keil（五）—— 开环控制和电流变换

 
ODrive、VESC和SimpleFOC 教程链接汇总：请点击
 

一、开环控制

在SimpleFOC系列中有开环控制的教程，SimpleFOC移植STM32（二）—— 开环控制，可以对比参考。
 

1.1、控制原理

1、开环控制，只能使用电压模式，电流模式需要采样电流，那就是闭环了，
2、一般设置Ud=0，所以只需设置Uq。在SimpleFOC中 voltage_limit最终赋值Uq，在ODrive中 target_voltage_最终赋值Uq，
3、Uq设置太大，电机发热严重，Uq设置太小，电机没劲转不动或者转不快，所以一定要根据电机相电阻设置大小，
4、θ不是当前的角度，是目标角度，就是下次计算时的角度。

 

1.2、硬件接线

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1.3、代码说明

1、开环控制在TIM1更新中断中调用，下图：

 
2、开环控制代码，下图：
相比simpleFOC的开环运算，增加电流、电压和速度的爬升率设置，启停阶段电机转动更平稳，

 
3、Park逆变换，
由dq变为αβ，最终送入SVPWM，

 

1.4、程序演示

注意，本节示例中的速度单位是电角度（rad/s），不是闭环控制中的速度单位（圈/秒），也不是SimpleFOC中的机械角度（rad/s）。

 

如果转速设置太大，电机会振动，可以调高 target_voltage_ 以达到更大的转速，但是注意电机电流，注意发热。
 

• 电压爬升率和速度爬升率如果设置的小一点，可以看到电机逐渐加速的过程，
• 云台电机的target_voltage_设置可以更大一点，能更清楚的看到扭矩逐渐增大的过程，
• 开环控制虽然简单，却是入门第一关，
• 对于电机新手，可以先用云台电机，因为电机相电阻更大，不容易烧坏，
• 开环控制主要用于电机上电校准和无刷电机的启动阶段，不是控制常态，不用深入研究。
   
   

1.5、程序架构的体现

ODrive代码开源但却难以看懂，我觉得原因有以下几个：

• 1、采用FreeRTOS系统，没用大家习惯的裸奔，
• 2、C++编程，单片机代码C是主流，即使有嵌入式工程师善长C++，但却不懂硬件，代码看起来一样云里雾里，
• 3、程序架构与众不同。

ODrive的程序架构，也是我在基本移植完代码后才焕然大悟的，如果事先有架构意识，不至于看代码的时候那么痛苦。
下面以开环控制为例，说明其架构特点，

• openloop_controller_update()函数运算后的变量赋给FOC_voltage()函数，这是常用的代码写作方式，下图：
  
   
• 为了说明程序架构，我又做了一个开环控制代码，
  
   
• 第二个代码，仿照官方架构，openloop_controller_update()函数运算后的变量没有直接赋给FOC_voltage()函数，下图：
  
  而是在准备开环控制的时候，指针指向开环变量，下图：
  
  然后再将指针传递给FOC_voltage()函数的变量，下图：
  
   

总结来说：

• 第一个代码中，openloop_controller_update()函数变量给FOC_voltage()函数用，整个代码只有一套变量，
• 第二个代码中，openloop_controller_update()函数有自己的变量，FOC_voltage()也有自己的变量，两个变量通过指针链接。

相当于多了一个二传手，这样做肯定降低了效率，甚至觉得完全就是多此一举，但为什么要这么做，大概是方便功能拓展和多人合作。我觉得这个差别有点像个体户和大型跨国公司，个体户理解不了ERP系统一样。

最初移植代码的时候我是打算采用第一种方案的，但是考虑到代码移植后大家的认可度，我还是决定和官方的保持一致。
文笔有限，还不懂的请认真对比两个代码。
 
 

二、电流变换

电流变换实际上要到第七篇教程编码器校准时才会涉及到，此处提前讲解，以满足你们那渴望的心，
 

2.1、理论说明

1、几乎所有讲FOC的文章，都会有这样的框图，所以此处不再多讲。

 

2、重点：“θ”这个参数，框图中看起来像是一个参数两处调用，实际上这是两个角度，
Park变换的θ是当前读出的角度，而Park逆变换是下次FOC计算时的角度（当前角度+估算的下次转过的角度），

• 在simpleFOC中，没有估算下次转过的角度，只是简单的加了_PI_2，我觉得这也是限制了SimpleFOC最大转速的一个原因，因为转速足够快的话，一个电周期完全有可能转过_PI_2个电角度。
  
   
• 在ODrive中则经过了精确的计算，
  

 

2.2、代码说明

• 电流变换部分移植v0.5.1，因为v0.5.6的变换被分开写入了多个不同的函数，没有0.5.1的简单清晰，
• 本节只为方便观看代码，稍后代码中的变换仍采用v0.5.6版本，
• 0.5.1和0.5.6都是好代码，版本升级只能说明创作者有不同的目标，并不是代码就一定越来越好。

 

• ODrive的力矩模式非常稳定，对比SimpleFOC的电流环就非常拉垮，几乎没有实用价值。
• 我试图把ODrive的电流环移植到SimpleFOC中，但是移植了一些后就写不下去了，因为涉及到了程序架构。SimpleFOC是Arduino环境，设计的目标是跨平台运行，几乎不用中断，代码是流水线式的执行，强行移植就不再是SimpleFOC了。

 
 
 
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（完）