ESP SimpleFOC

[English]

esp_simplefoc 是一个基于 Arduino-FOC 的 FOC 组件，针对支持 LEDC 与 MCPWM 功能的 ESP 芯片开发。支持以下特性：

  • 支持电压控制

  • 支持通过 SimpleFOCStudio 来调整和配置电机控制参数

  • 兼容 Arduino-FOC 控制例程

  • 采用 IQMath 实现 FOC 运算加速

  • 支持手动选择 LEDC 或 MCPWM 外设来控制 MOS 驱动器，最高可实现四路无刷电机控制

FOC (Field-Oriented Control) 是一种用于无刷直流电机磁场定向控制算法，能够产生平滑的扭矩、速度与位置控制。有关更友好的解释，请查看 Arduino-FOC 官方文档 。

在您的项目中使用 SimpleFOC

  1. 使用 idf.py add_dependency 命令将组件添加到项目中

    idf.py add-dependency "espressif/esp_simplefoc"

  2. 使用 idf.py menuconfig 配置 FreeRTOS (Top) → Component config → FreeRTOS → Kernel

  • configTICK_RATE_HZ: FreeRTOS的时钟Tick的频率，默认情况下为 100，在 FOC 场景下需设置为 1000

  1. 配置电机参数、MOS 驱动器控制参数与引脚、角度传感器、控制器

电机参数

  • pp：极对数，您需要根据实际的三相无刷电机参数设置对应的电机极对数

  • R：电机相电阻，默认为 NOT_SET

  • KV: 电机 KV 值，默认为 NOT_SET

  • L：电机相电感，默认为 NOT_SET

对于极对数为 14 的三相无刷电机而言，对应的电机实例化为：

BLDCMotor motor = BLDCMotor(14);

MOS 驱动器控制参数与引脚

  • pwm pin：PWM 输出引脚，您需要根据实际的 MOS 驱动器电路来设置对应的 PWM 输出引脚

  • enable pin：MOS 驱动器使能脚，若您的 MOS 驱动器需要手动使能，请手动填入对应的 GPIO，默认为 NOT_SET

  • voltage_power_supply：MOS 驱动器的供电电压

  • voltage_limit：MOS 驱动器的电压限制

对于 3PWM 模式的 12V MOS 驱动器而言，对应的驱动实例化与参数为：

BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(4, 5, 6);
driver.voltage_power_supply = 12;
driver.voltage_limit = 11;
driver.init({1, 2, 3});
motor.linkDriver(&driver);

角度传感器

您需要根据实际使用的角度传感器进行对应的实例化，当前支持的角度传感器：

  • as5048a：支持 SPI 方式读取角度数据

  • mt6701：支持 I2C、SPI 方式读取角度数据

  • as5600：支持 I2C 方式读取角度数据

对于 AS5600 角度传感器实例化与对应的绑定操作为：

AS5600 as5600 = AS5600(I2C_NUM_0, GPIO_NUM_1, GPIO_NUM_2);
as5600.init();
motor.linkSensor(&as5600);

控制器

esp_simplefoc 支持多种控制方式，您需要根据实际的应用需求进行选择：

  • torque：力矩控制

  • velocity：速度控制

  • angle：角度控制

  • velocity_openloop：速度开环控制

  • angle_openloop：角度开环控制

    备注

    若在硬件验证阶段，可优先选择开环控制方案，以实现对硬件的快速验证。

  1. FOC 初始化与循环控制

在完成上述参数设置后，您需要运行 电机 init 与 initFOC，以实现电机初始化校准，并启动 loopFOC :

motor.init();
motor.initFOC();
while (1) {
    motor.loopFOC();
    motor.move(target_value);
    command.run();
}

备注

若 initFOC 所估计的极对数与实际填入的极对数不符合，请排查电机极对数，并尽可能缩减磁环与角度传感器之间的间距。

  1. 运行 idf.py build flash 进行初始下载, 之后可观察电机的实际运行效果

API 参考

esp_simplefoc 的 API 接口与 Arduino-FOC，可参考 Arduino-FOC API 文档

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