技术标签: ODrive伺服电机控制器 硬件 BLDC 电机 FOC
前几篇介绍了ODrive
在Windows
下的使用环境搭建,以及TLE5012B
、AS5047P
的ABI配置。
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(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
苦于使用 ABI编码器
,每次上电都要编码器校准
,电机左转一圈再右转一圈。浪费时间不说,运动过程还可能导致工件误触,导致上电意外。如果想要设备上电不经过编码器校准
,通电后直接就能用,可能要用到 SPI绝对值编码器
。
ODrive
支持两种类型的 SPI绝对值编码器
:
(注意:ODrive
并不支持 TLE5012B
的SPI接口,仅能使用它的 ABI)
为了方便测试 AS5047P-SPI绝对值编码器
,也便于扩展不同的电机,就有了下面这块万能转接板,支持 2208、2212、3508、5008、6010、6374、42步进、57步进 等不同电机的定位安装。
图中AS5047P转接板购买链接,我的淘宝小店:AS5047P SPI磁编码器 3206云台无刷电机 带径向磁铁 Odrive电机
店铺详情内有安装孔位、原理图、教程、资料,手机端可能因没做适配看不到,建议用电脑打开。
将电机与磁编码器正确安装,强磁
与AS5047P
芯片的间距不建议超过 3mm。手册中建议值为 0.5~3mm。
电机的型号与第(二)章的不同,但极对数还是 7对,其他参数也基本一致。
测试使用与 DJI3508相同的 PID参数,控制效果竟比原来要好不少。
连接 SPI接口,SCK、MISO、MOSI 一一对应,CS插到 ODrive
的4脚
。
将系统上电,ODrive连接电脑。
# 恢复出厂配置
odrv0.erase_configuration()
# 配置AUX接口上的制动电阻值(常见的为0.47、2.0Ω),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()
# 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()
# 配置电机0编码器类型。ENCODER_MODE_INCREMENTAL 使用的是ABI正交(增量)编码器。
# 值 ENCODER_MODE_SPI_ABS_AMS 使用AMS磁编码器-AS5047/AS5048。
odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_SPI_ABS_AMS
# 设置CSn片选的引脚,ODrive J3接口GPIO3-8任选一个作为CS,这里我使用GPIO4
odrv0.axis0.encoder.config.abs_spi_cs_gpio_pin = 4
# 配置电机0编码器CPR(每转一圈,编码器的计数),AS5047P的最大分辨率为14位
odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 2**14
# 编码器带宽设置,CPR值越高带宽设置的也越高
odrv0.axis0.encoder.config.bandwidth = 3000
# 编码器精度,类型为 [float],单位为 [圆周角度∠] (这个值可以适当的大一些,避免环境干扰)
# 电机实际转动角度和开环移动距离之间允许的最大误差,超过此误差将报错ERROR_CPR_OUT_OF_RANGE。
odrv0.axis0.encoder.config.calib_range = 10
# 保存参数
odrv0.save_configuration()
如果因编码器精度误差,而导致失步,会使 ODrive
报错不运行。
建议将odrv0.axis0.encoder.config.calib_range
调大,尤其是磁编码器,避免因环境干扰出现误差。(AS5047P的手册对器件的精度描述为±0.1°,故odrv0.axis0.encoder.config.calib_range
的值最小不能小于0.1)
# 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。
使用 AS5047-SPI绝对值磁编码器
最大的好处,就是可以不用上电后运动校准。只要校准过一次,以后便可直接上电使用,缩短了上电到正常工作的时间,也避免了校准过程对驱动部件的影响。
注意:以下操作请务必按照规定的顺序执行,不然很容易造成校准后电机不能进入闭环,或者电机在重新启动后不能自动进入闭环。AS5047P-SPI磁编码器
最难配置,也最容易出错的地方就在校准的步骤,其中试验了好几十次,基本是差了几步顺序就会导致重启后不能正常进入闭环。请务必按照以下操作进行!!!
注意:如有重启后不能自动进入闭环、或者电机参数校准出错 的现象,请断电重启后重试。我的设备有时必须断电重启
才可用,reboot命令的重启不管用。(用odrv0.axis0.error
查询是否出错)
下面三种配置方法,建议依次顺序试验一次。可以只选择一种进行设置,但按顺序来一般不会有错。
这种方式的运行现象与 ABI接口的一致,每次上电后都自动左转一圈右转一圈,自动进行编码器校准
。
# 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
# 查看错误,如果为0,则为无错。否则请断电后重启,重试校准。
odrv0.axis0.error
如校准的第一步无反应,建议先断电重启后重试。
如断电重启后校准仍无效,用 odrv0.axis0.encoder.shadow_count
来测试 AS5047P-SPI磁编码器
是否可以正确读数,如读值始终为0,则说明AS5047P硬件故障或者连线有误,不能进行后续的校准操作。(磁编码器容易配置失败,大多数都是这个问题,读不到值,一直为0)
注意:上面的配置 没有保存参数,有保存参数会让后面的闭环无法运行,不清楚什么原因。下面继续。
之后进入闭环模式,电机会保持位置,用手扭动电机,电机会产生反抗并回到原来位置:
# 配置电机为闭环模式
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL
测试运动。电机会按照之前设置的梯形轨迹运行到指定位置:
# 控制电机运行到10圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 10
# 控制电机运行到0圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 0
经过上面的校准后,机器已经能够用AS5047P磁编码器
进行闭环控制。
但并不会在重启后自动进入闭环,仍需在重启后手动进入闭环,略有不便。下面设置上电自动校准并闭环运行。
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,就会看到电机右转一圈又左转一圈,自动校准磁编码器。
因为上面设置了 odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True
,会省去上电启动后自动校准电机参数的过程(哔~的一声),节约了一部分启动时间。
上面的配置是上电后自动校准编码器,不仅导致启动时间变长,也会导致机械部件碰到零件的意外。
这次使用的AS5047P磁编码器
,支持一圈内的绝对值定位,相较于普通的ABI正交编码器,可以配置为上电不校准编码器,大大节约了上电启动时间,也避免了运动过程对其他零件的影响。
下面照做一次。如第一步电机校准无反应,重新上电后重试。
# 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ODrive上电启动后,自动校准电机
odrv0.axis0.config.startup_motor_calibration = 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
# 设置编码器预校准。(不用每次上电都右转一圈又左转一圈)
# 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.encoder.config.pre_calibrated = True
# 关闭ODrive上电启动时,自动校准编码器
odrv0.axis0.config.startup_encoder_offset_calibration = False
# 配置电机为闭环模式
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL
# 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()
如果因编码器精度误差,而导致失步,会使 ODrive
报错不运行。
建议将下值调大,尤其是磁编码器,容易受环境干扰出现误差。
(AS5047P的手册对器件的精度描述为±0.1°,故odrv0.axis0.encoder.config.calib_range
的值最小不能小于0.1)
# 编码器精度,类型为 [float],单位为 [圆周角度∠]
# 电机实际转动角度和开环移动距离之间允许的最大误差,超过此误差将报错ERROR_CPR_OUT_OF_RANGE。
odrv0.axis0.encoder.config.calib_range = 0.1
odrv0.axis0.encoder.config.calib_range = 10
# 保存参数
odrv0.save_configuration()
在3.2的基础上,继续这样设置:(可能会失败,但用3.2保底,可以避免每次上电都校准编码器)
# 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
# 关闭ODrive上电启动后,自动校准电机
odrv0.axis0.config.startup_motor_calibration = False
# 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
# 设置编码器预校准。(不用每次上电都右转一圈又左转一圈)
# 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.encoder.config.pre_calibrated = True
# 保存参数
odrv0.save_configuration()
# 重启驱动器
odrv0.reboot()
多用odrv0.axis0.error
去检错,多用odrv0.axis0.motor
、odrv0.axis0.encoder
去检查参数。
用odrv0.axis0.encoder.shadow_count
可以测试AS5047P-SPI磁编码器能否正常读数。
odrv0.vbus_voltage
:检查ODrive的供电电压。
如果你的ODrive
无法正常工作,用如下查看错误列表:
dump_errors(odrv0)
查看错误
dump_errors(odrv0, True)
清除错误(如果报错ODrive不会继续执行电机旋转指令)
如需重新对 AS5047P 进行软硬件设计,有以下文章可供参考:
AS5047P磁编码器应用设计大全解:硬件电路设计、SPI通信时序、逻辑波形分析、注意事项
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