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    Mark_md的博客:ODrive踩坑(二)3508电机和TLE5012B磁编码器参

    作者:[db:作者] 时间:2021-09-19 19:17

    ODrive对无刷电机进行闭环控制,需要提前获取电机和编码器的参数。


    电机极对数


    电机需要配置的参数为 极对数最大电流校准电流电机类型。其他参数如相电阻电感等可由驱动器自动测量。

    极对数 = 极数/2,极数 = 电机转子的磁铁个数。
    我选用的DJI-3512电机,极对数为7。

    借用张店家的图,其中右侧为转子,上面分布着14颗磁铁,则极数为14,极对数为7。
    在这里插入图片描述
    电机电流不清楚。以前DJI还卖散装电机的时候,官网是有电机的参数页的,现在统统下架了。不过看这粗壮的铜线,20~30A应该还是有的。


    编码器分辨率(线束)


    编码器我使用的是 TLE5012B-E1000,是一款磁编码器,支持SPI接口ABI接口两种输出方式。与ODrive的连接使用ABI接口

    TLE5012B-E1000 的输出方式为ABI时,其默认分辨率为12位,即4096线/圈。
    在这里插入图片描述
    参阅 ODrive 在线文档,CPR值应为PPR值的4倍。

    所以我的CPR要设置为 4096x4 = 16384
    (CPR:每转一圈,ODrive的编码器计数)
    (PPR:每转一圈,编码器输出的脉冲数(线数))

    为什么是4倍?因为ODrive的主控MCU是stm32,编码器计数使用Timer的编码器模式,输入捕获配置为同时捕获AB两相的上升/下降沿,即为 4个计数/pulse。
    在这里插入图片描述
    为了验证上面说的对不对,打开odrivetool

    使用odrv0.axis0.encoder.shadow_count指令,查询编码器计数。

    查询当前编码器计数,计数值为 20774。
    接着将电机转子记上记号,用手拨动一整圈,再次查询为 37163。

    那么应设置的CPR值为 37163 - 20774 = 16389 ≈ 16384

    有些误差很正常,毕竟不能保证电机每次都转到相同的位置。但记住CPR = 编码器线束 * 4。
    在这里插入图片描述


    知道了电机和编码器的大致参数,下面使用调试工具对控制器进行配置。

    推荐两个视频教程:
    创客基地 ODrive视频教程(过于详细,从入门到退坑)
    灯哥 ODrive视频教程(拖更严重)

    关于磁编码器原理,及如何用TLE5012B构成一款伺服电机的博文。
    TLE5012B 磁编码器原理


    ODrive教程资源导航目录

    ODrive踩坑(一)windows下使用环境的搭建,odrivetool及USB驱动的安装

    ODrive踩坑(二)3508电机和TLE5012B磁编码器参数配置、校准、位置闭环模式转动电机(TLE5012B - ABI)

    ODrive踩坑(三)AS5047P磁编码器的ABI接口

    ODrive踩坑(四)AS5047P-SPI绝对值磁编码器,不需每次上电校准无刷电机,直接上电可用

    ODrive踩坑(五)驱动云台电机、低齿槽转矩电机实现高精度定位


    接线、上电

    • 电机编码器连接右侧的接口,电机三根线接在M0位置。

    • 主电源插电,USB连电脑。AUX端口上的制动电阻可以不接。
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述

    • cmd打开命令行窗口,启动odrivetool,确认连接。


    一、电机校准前的配置

    1.1、恢复出厂配置


    问过了驱动器的卖家,出厂的固件为v0.5.1,有参数。适配自己的电机时,需要先恢复出厂配置

    # 恢复出厂配置
    odrv0.erase_configuration()
    

    这期间,ODrive会断连一次并自动重新连接电脑。
    在这里插入图片描述


    1.2、配置主板参数


    • 限制参数主要用于保护主板、电机不会受损,包括最大电流、保护电压等参数。
    • 根据自己适配的电机,酌情调整大小。
    # 配置AUX接口上的制动电阻值(常见的为0.472.0Ω),如没接则配置为0
    odrv0.config.brake_resistance = 0
    
    # 配置低压保护阈值(V)
    odrv0.config.dc_bus_undervoltage_trip_level = 8.0
    
    # 配置高压保护阈值(V)
    odrv0.config.dc_bus_overvoltage_trip_level = 56.0
    
    # 配置过流保护阈值(A)
    odrv0.config.dc_max_positive_current = 50.0
    
    # 配置反向电流阈值(电机制动产生的反向电流)(A)
    odrv0.config.dc_max_negative_current = -5.0
    
    # 配置回充电流值(根据供电电池的参数配置,开关电源供电配置为0)(A)
    odrv0.config.max_regen_current = 0
    
    # 保存参数
    odrv0.save_configuration()
    

    在这里插入图片描述


    1.3、配置电机参数


    # 配置电机0极对数,根据博客开篇的介绍,自己去数磁极个数,然后/2
    odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 7
    
    # 配置电机0的限制电流(A)
    odrv0.axis0.motor.config.current_lim = 35
    
    # 配置电机0的电流采样阈值(A)
    odrv0.axis0.motor.config.requested_current_range = 60
    
    # 配置电机0校准时的电流阈值(根据自己电机的负载状况酌情配置)(A)
    odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 10
    
    # 配置电机0类型。
    # 目前支持两种电机:大电流电机(MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT)和云台电机(MOTOR_TYPE_GIMBAL)
    odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT
    
    # 保存参数
    odrv0.save_configuration()
    

    在这里插入图片描述


    1.4、配置编码器参数


    # 配置电机0编码器类型。当前使用的是ABI正交(增量)编码器。
    odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_INCREMENTAL
    
    # 配置电机0编码器CPR(每转一圈,编码器的计数),为编码器线束*4,博客开篇有讲
    odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 16384
    
    # 保存参数
    odrv0.save_configuration()
    

    在这里插入图片描述


    1.5、配置控制器参数(位置闭环模式、配置PID参数)


    # 配置电机0控制模式,为位置闭环控制
    odrv0.axis0.controller.config.control_mode = CONTROL_MODE_POSITION_CONTROL
    
    # 配置电机0最大转速(转/秒)(电机kv值 * 电压 / 60)
    odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 120
    
    # 配置位置环增益:20
    odrv0.axis0.controller.config.pos_gain = 20
    
    # 配置速度环增益:0.05
    odrv0.axis0.controller.config.vel_gain = 0.05
    
    # 配置积分增益:0.02
    odrv0.axis0.controller.config.vel_integrator_gain = 0.02
    
    # 配置输入模式为:梯形轨迹模式
    odrv0.axis0.controller.config.input_mode = INPUT_MODE_TRAP_TRAJ
    
    # 配置梯形模式下的电机转速阈值(转/秒)
    odrv0.axis0.trap_traj.config.vel_limit = 50
    
    # 配置梯形运动模式下的加速加速度
    # 数值大小影响动作跟随效果,大则跟随快;小则跟随慢。
    odrv0.axis0.trap_traj.config.accel_limit = 10
    
    # 配置梯形运动模式下的减速加速度
    # 数值大小影响动作跟随效果,大则跟随快;小则跟随慢。
    odrv0.axis0.trap_traj.config.decel_limit = 10
    
    # 保存参数
    odrv0.save_configuration()
    
    # 重启驱动器
    odrv0.reboot()
    

    上述配置完成后,会重启控制器,留意最后一条指令。
    在这里插入图片描述


    二、电机和编码器校准


    电机和编码器校准,可以分为两条指令单独做,也可以用一条指令一起做。

    分开做:(分开做和一起做只选择一组进行操作即可)

    # 进行电机参数校准(运行后电机会发出哔~的一声)
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_MOTOR_CALIBRATION
    
    # 设置电机预校准。(不用每次上电都哔~的一声)
    # 驱动器会将本次校准值保存,避免上电启动后自动校准,以加快启动速度。
    odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True
    
    # 进行编码器校准(运行后,电机会正转一圈再反转一圈)
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_ENCODER_OFFSET_CALIBRATION
    

    一起做:

    # 进行电机参数和编码器校准(运行后电机会发出哔~的一声,并电机会正转一圈再反转一圈)
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE
    
    # 设置电机预校准。(不用每次上电都哔~的一声)
    # 驱动器会将本次校准值保存,避免上电启动后自动校准,以加快启动速度。
    odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True
    

    之后进入闭环模式:

    # 配置电机为闭环模式
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL
    

    进入闭环模式后,电机会有轻微的滋滋电流声。用手扭动电机,电机会产生反抗的力矩,松手后,电机会转回原来的位置。

    如手拨后,如电机未回到原来位置,或在原来位置反复运动,或者能明显感受到过冲,都需要重调1.5章节的PID参数。

    最后设置为上电自动校准,自动进入闭环。

    # 设置ODrive上电启动时,自动校准编码器
    odrv0.axis0.config.startup_encoder_offset_calibration = True
    
    # 设置ODrive上电启动时,自动进入闭环模式
    odrv0.axis0.config.startup_closed_loop_control = True
    
    # 保存参数
    odrv0.save_configuration()
    
    # 重启驱动器
    odrv0.reboot()
    

    重启后,电机会自动进行编码器校准,正转一圈反转一圈归位,并自动进入闭环模式。

    之后可直接发送控制指令,来让电机运动。
    在这里插入图片描述


    三、下发控制指令、控制电机运行


    发送控制指令,控制电机的旋转位置。

    # 控制电机运行到100圈的位置
    odrv0.axis0.controller.input_pos = 100
    
    # 控制电机运行到0圈的位置
    odrv0.axis0.controller.input_pos = 0
    
    # 控制电机运行到-100圈的位置
    odrv0.axis0.controller.input_pos = -100
    
    # 释放电机(释放后,电机退出闭环模式,外力可轻松拨动电机)
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_IDLE
    
    # 配置电机为闭环模式
    odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL
    

    释放电机后,用手可拨动电机到任意位置。
    重新进入闭环模式,电机并不会返回原来位置,请放心操作。

    在这里插入图片描述
    定位效果很好,迅速且精准。

    现在的PID只是根据手感进行的粗调,略微偏软,抽空结合GUI工具进行细调,期望钉钉子的效果。
    (主要是内环速度P略微一高就震荡,不敢加高。不过也可能和我没有把磁编码器的磁铁与电机轴固定好有关,现在只是让径向磁铁吸附在电机轴上,并没有用胶水固定,兴许震荡的原因和这个有些关联)


    上面的操作和指令同样适用于电机1,只要将 axis0 替换为 axis1。

    另外命令行与终端是一样的,用键盘上下键,可快速切换到上/下一条指令。

    1.5章节的PID,是我根据自己的电机调试的,并不一定适合其他电机,可能会引发震荡。
    如控制效果不理想,请重调PID。细调PID需要GUI工具,来绘制位置/速度/电流的波形,作为PID调整的参考。详见下一节。

    cs