闭环角度控制

本教程介绍如何在 Aotenjo One 开发板上运行闭环角度控制。

准备工作

本教程使用以下硬件：

• Aotenjo One 控制板 单片机：STM32G431CBU6 版本：Aotenjo One V1.4
• 沿直径方向充磁的圆片磁铁（Aotenjo One 附带）
• ST-LINK V2 克隆版
• BlackPill STM32 板
• BE4108 75T云台电机
• 电源（12V）

您需要 ST-LINK V2 克隆版来将固件上传到开发板。您可以以低于 5 美元的价格购买廉价的 ST-LINK V2 克隆版。

USB 转串口适配器

由于 Aotenjo One 开发板没有 USB 端口，因此您需要一个 USB 转串口适配器才能通过串行方式与开发板进行通信。 本教程使用 BlackPill STM32 开发板作为 USB 转串口适配器。也可以使用现成的 USB 转串口适配器，或其他支持此功能的开发板。

提示

您可以使用以下开发板作为 USB 转串口适配器：

• BlackPill STM32 板
• BluePill STM32 板
• ESP32-DevKitC

如果您不确定如何使用BlackPill STM32板作为USB转串口适配器，您可以参考串口通信教程。

警告

确保您的 BLDC 电机内阻大于 10Ω；否则，可能会烧毁控制板。

测量方法请参阅如何测量内阻

配置开发环境

VSCode 与 PlatformIO

您可以从 VSCode 扩展市场安装 PlatformIO。

STM32CubeProgrammer

您需要它来将固件烧录到开发板。

克隆代码仓库

git clone https://github.com/aotenjo-xyz/one.git
cd one

闭环角度控制的示例代码位于examples/closed_loop_angle_control目录中，因此如果您使用Linux或macOS，请运行以下命令将示例代码复制到src目录中：

rm src/*
cp examples/closed_loop_angle_control/main.cpp src/
cp examples/closed_loop_angle_control/platformio.ini platformio.ini

对于 Windows，您可以手动复制文件。

快速入门

1. 将磁铁放在电机轴上。

2. 将 Aotenjo One 板连接到 ST-LINK V2 编程器。

   ST-LINK V2 <-> Aotenjo One
   	3.3V  <---> 3.3V
   	GND   <---> GND
   	SWDIO <---> SWDIO
   	SWCLK <---> SWCLK
   	RST   <---> NRST

   信息

与 BlackPill 不同，STM32G4 系列还需要将控制板的 NRST 引脚连接到 ST-LINK V2 编程器。 或者，您可以在上传过程中按住Aotenjo One板上的NRST按钮来达到相同的效果。 ::: 3. 将 ST-LINK V2 编程器连接到计算机。 4. 在 VSCode 中打开项目文件夹。 5. 单击左侧栏上的 PlatformIO 选项卡，然后单击 Upload 按钮将固件上传到开发板。

5. 断开ST-LINK V2编程器，然后将电源和BlackPill STM32板连接到Aotenjo One板。最后，将 BlackPill STM32 板连接到您的计算机。

   Power Supply <-> Aotenjo One
   	12V  <---> VCC
   	GND  <---> GND
   
   Aotenjo One <-> Blackpill STM32
   	TX    <---> PA3 (RX)
   	RX    <---> PA2 (TX)
   	GND   <---> GND
   
   Blackpill STM32 <-> Computer
   	USB   <---> USB

6. 单击左侧边栏上的 PlatformIO 选项卡，然后单击 Monitor 按钮以打开串口监视器。

7. 打开电源，电机开始旋转，初始化FOC（磁场定向控制）。

8. 在串口监视器中输入以下命令并按回车键：

   T6.28

电机将完成一整圈并停止在初始位置。您可以通过更改弧度值来调整目标角度。 您还可以输入负值，例如T-6.28，以相反方向旋转电机。

以下视频展示了实际运行效果：

代码

以下是闭环角度控制实现的相关代码片段：

main.cpp

  // set motion control loop to be used
  motor.controller = MotionControlType::angle;

  // velocity PI controller parameters
  motor.PID_velocity.P = 0.2;
  motor.PID_velocity.I = 20;
  motor.PID_velocity.D = 0.001;
  // maximal voltage to be set to the motor
  motor.voltage_limit = 3.0;

  // velocity low pass filtering time constant
  // the lower the less filtered
  motor.LPF_velocity.Tf = 0.01f;

  // angle P controller
  motor.P_angle.P = 20;
  // maximal velocity of the position control
  motor.velocity_limit = 10;

可以尝试调整 PID 控制器参数，观察它们对电机运行效果的影响。

参考

• 位置控制回路