旋钮键盘项目---foc讲解（闭环位置控制）

hello，周六休息了一天，出去打本了。趁着夜色，花费了几个小时，也是将闭环代码写完，参考了灯哥的思路。接下来介绍一下我的整个流程：

一、闭环位置控制思路：

其实懂得了开环，那么闭环其实很简单了。我们可以看函数

void setPhaseVoltage(float Uq,float Ud, float angle_el) {
  angle_el = _normalizeAngle(angle_el);
  // 帕克逆变换
  Ualpha =  -Uq*sin(angle_el); 
  Ubeta =   Uq*cos(angle_el); 

  // 克拉克逆变换
  Ua = Ualpha + voltage_power_supply/2;
  Ub = (sqrt(3)*Ubeta-Ualpha)/2 + voltage_power_supply/2;
  Uc = (-Ualpha-sqrt(3)*Ubeta)/2 + voltage_power_supply/2;
  setPwm(Ua,Ub,Uc);
}

        这个函数的三个参数，首先第一个其实就是力矩大小。第二个我们默认是0，是磁场分量（理论上保持 0，才能保证最大力矩输出效率）。第三个就是angle_el → 电角度（决定定子磁场的方向，等于是你要把转子“拉”到哪个位置）

        那么在我们开环的过程中时候，是给了一个恒定的力。角度也是我们计算 一个规定的角度，其实也差不多就是恒定的角度。那么很简单，套到闭环的时候，就是这个力，我们需要自己去根据角度来计算。同时，这个电角度也需要实时去计算。然后带入进去。

接下来给出我的代码：

CloseLoop.c

#include "CloseLoop.h"

float Motor_target = 3.14;
int DIR= 1;
float Cur_Uq = 0.0;
float zero_electric_angle=0;
#define _3PI_2 4.71238898038f

float _electricalAnglew_without_para(){
  return  _normalizeAngle((float)(DIR *  7) * GetAngle_Without_Track()-zero_electric_angle);
}


//开始校准电角度的值
void zero_electric_angle_correct()
{
	setPhaseVoltage(6,0,_3PI_2);
	HAL_Delay(3000);
	zero_electric_angle = _electricalAnglew_without_para();
	setPhaseVoltage(0,0,_3PI_2);
}

	float kp = 0.133;
float sensor_Angle;
void closeLoop()
{
	//0-6.28
	sensor_Angle =GetAngle();
	/*这里是这样计算的，当前我接入的是24v电压，需要将12v设定为0电压位置。所以我实际最大为12v。
	这里我规定，45度偏差的时候，达到最大允许的偏差角度，这个时候输出最大的纠正力矩，来控制它回正。
	所以对应关系就是 当前角度偏差/最大允许的45度角度偏差  =   当前输出电压/最大允许输出电压12v。
	这样子就一下子知道对应的关系了，我们需要的是根据当前角度偏差，输出当前应该给定的电压
	所以就是12/45 = 0.266*/

	//把获取的弧度制，转化为角度制。角度得到后，通过kp这个比例，转化到电压值。
	Cur_Uq = _constrain(kp*(Motor_target-DIR*sensor_Angle)*180/PI,-6,6);
	setPhaseVoltage(Cur_Uq,  0, _electricalAnglew_without_para());
	
}

ClsoeLoop.h

#ifndef __CLOSELOOP_H
#define __CLOSELOOP_H
#include "OpenLoop.h"
#include "AS5600.h"
#include "math.h"
float _electricalAnglew_without_para();

void zero_electric_angle_correct();
void closeLoop();
#endif

        这里也说了，这里的kp计算，其实是就是将当前的角度，转化为力矩。

        当前我接入的是12v电压，需要将6v设定为0电压位置。所以我实际最大为6v。这里我规定，45度偏差的时候，达到最大允许的偏差角度，这个时候输出最大的纠正力矩，来控制它回正。所以对应关系就是 当前角度偏差/最大允许的45度角度偏差  =   当前输出电压/最大允许输出电压6v。这样子就一下子知道对应的关系了，我们需要的是根据当前角度偏差，输出当前应该给定的电压所以就是6/45 = 0.133。

        里边写的是24v，我输入的也是24v，但是我只用12v的幅值。当然你也可以按照这个来改。但是会出现一变化过快，毕竟电压大了，力矩变大，加速度就大，速度就大。

为什么会有DIR

DIR 的存在是因为：

• 编码器测的机械角度方向 ≠ 电机实际需要的方向

• 通过 DIR=±1 可以快速修正这个“方向不一致”的问题

• 如果方向对了，DIR=+1；如果电机老是“往反方向跑”，改成 DIR=-1 就行了

为什么要做电角度零点标定

也就是函数：void zero_electric_angle_correct()

1. 电角度 vs 机械角度

• 机械角度：编码器（AS5600、霍尔等）测得的是转子物理位置 0∼2π。

• 电角度：FOC 控制需要的角度是定子电流和转子磁极之间的相对角度：

  

• 这个 offset（偏移量）就是电角度零点。因为转子磁极和编码器零点未必对齐。

如果不知道这个偏移，FOC 算出来的电角度就会有一个常数错误，结果就是：
电流打不到正确的磁场方向，电机就发抖、狂转或者根本转不动。

2. 标定思路

• 给一个固定的定子磁场方向（_3PI_2），电机转子会被吸住，停在这个方向。

• 保持一段时间（3s），让转子完全对齐，不再晃动。

• 读取编码器角度，这个角度就是转子在“已知磁场方向”下的位置。

• 保存为 zero offset，以后电角度计算时减去它，就能保证坐标系对齐。

3.为什么电机必须初始化时做？

• 如果不做，电角度和机械角度坐标系不同步，FOC 算出来的电压会打偏 → 电机乱抖或直接烧 MOS。

• 做一次标定后，系统就知道“编码器零点” 和 “定子 d 轴” 的对应关系，后续计算电角度时才正确。

现象解决

在调试过程中，我遇到了一些现象。

一、首先是转速过快，一直慢速跑，没有说到达目标地方就停下来了。我们进行调试，发现Uq一直是最大的允许电压值。

那么这种主要是两方面：

1：看看有没有正常读取到角度值，我发现这个排线比较松，调试过程中，观测发现，角度值有的时候没有。导致差距一直存在，就一直最大速度转动。

2、看看DIR是不是反了，可能你需要设定的是-1.即反方向过来。

二、出现抖动，你转动它到哪个位置，他就在哪个位置。那么这个也可能是DIR设定反了。这时候要立刻关闭电源，以免温度过高，烧了。

效果展示