无刷直流电机（BLDC）速度和位置控制

实验装置

PS4操纵杆是同时操纵多个变量的好方法，适合于实验。
这里的Raspberry pi 不用于BLDC控制，而是作为操纵杆接口，因为它的开发环境更适合编程。
虽然RF节点板内置了USB，但USB软件集成和使用内存非常复杂，因此UART仍需要时间来实验。一个USB到UART的接口降低了难度。
RFPIO板 用于伺服电机控制，而不是BLDC，但它也可以是BLDC实验平台，因为它引出了PWM输出并具有无线连接。
无线电连接在这里用处不大，但它实际上可以有效隔离开PC和电机。不过这里没有优势，只是因为电源已经调节了电流。



安全注意事项:

使用普通电池是危险的，可能会导致试验台着火。需要使用保险丝、限流电源和可靠的控制器。
廉价的逻辑分析仪与Saleae Logic SW配合使用，这是一种非常好且经济实惠的分析组合。
L6234D使用了一个商用模块，但是这个模块没有提供太多功能选项，因为所有功能都连接在一起而且没有感应电阻。所以这只能在开路电压回路中进行控制。

演示视频



这个演示中有趣的部分不是bldc的转动
而是:
在不同的环境中整合如此多的小程序系统
通过直接操纵多个变量并在逻辑分析仪上看到脉冲，人们可以感觉到BLDC电机是如何工作的
开环控制下 BLDC =步进电机
可以只改变线圈中的电压，而不考虑转子的位置。
如果电压不足以应对扭矩，这肯定会丢步。就像BLDC中的每一步都很大，丢步会造成的问题，并且不会被忽视。
解决办法是增加电压，但是你浪费的能量不是扭矩而是流量，以保持电机的位置。
由于没有反电动势，当电机静止时，电流要高得多。
这里使用的BLDC电机以每秒几转的速度消耗大约50 mA，在7.2v的停止位置消耗高达180 mA。

控制参数
关于BLDC控制的每一个视频和图表都让我了解更多，尽管互联网上有大量的文档和教程，为什么不就此添加另一个简单的视图。




在进入下一个电角度位置之前，速度受到了延迟的作用，请注意，最大命令更新频率要小于pwm信号频率，否则它是无效的(两者的比例不同)。
电压增加了脉冲宽度。虽然这里只显示了一个pwm信号，但是这三个信号都成比例地增加和减少它们的宽度脉冲。
从软件的角度来看，这个位置更简单，因为你只需按手指在触摸板上的移动比例增加或减少电角度。
每个角度的正弦曲线被用来定义相应电桥的脉冲宽度。



软件



所有的bldc的关键都在这里。这个角度被认为是一个整数，为了使它更简单，我甚至没有用一个单位来表示度数，而是用一个256 / 360的单位来表示，这样它就适合放在一个256的列表，并可以查找来存储。

在M3以72MHz运行的情况下，浮点的计算花费了7.2 us，而此处的查找函数仅为1 us左右，因此对于50 us的pwm周期= 20 KHz (最大控制刷新率)来说，这仍然是合适的。
请注意，从死区切换时间的角度来看，L6234D可以达到150 KHz。
我正在使用mbed - os作为开发环境。

1. PwmOut pwm1;
   
2. pwm1 = 1;

复制代码

这种开箱即用的配置和初始化很好。它为你做了一切，从cmsis HAL api调用到计算哪些引脚应该分配给哪些替代功能。
它配置了pwm模式，所有的堆栈都分配了操作符，这将带来从微秒到毫秒的功能时间。
这就是为什么你会看到寄存器的直接使用，这大约是一条指令。


信号



我们可以在逻辑分析仪上看到中心对齐的pwm信号。
请注意，频率显示为10 KHz，而不是上面提到的20 KHz，这是正确的，因为将两个脉冲粘在一起会将减少一半。


结论
一旦你同时控制了速度和电压，当电机失速和失步时，你会有更好的感觉，你可以抓住它，施加更高的电压，看看它何时克服了施加的扭矩。
这不是科学，但这是一种让你轻松处理其余公式的经验。

接下来的步骤是查看扭矩控制回路，然后可能是反电动势监测，为BLDC设计一个特定的扩展板，并思考面向现场的控制视频。
但是可以肯定的是，对于我的倒立摆移动机器人计划来说，这种控制已经足够了。