基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试

✨本篇硬件电路和代码来源于此开源项目：https://github.com/MengYang-x/STM3F401-FOC/tree/main
📍硬件电路和项目介绍，立创开源广场：https://oshwhub.com/shadow27/tai-yang-neng-wu-ren-chuan
🥕相关篇《基于开源项目HAL STM32F4 +DSP库跑SVPWM开环速度测试》
🔖代码基于Arduino平台。
🌼 ESP32 SVPWM开环测试效果：
⚗无刷电机运行正常运作过程中，代码二的测试波形效果：
🍁驱动电路参考：

⚡如果是通过6路信号来驱动无刷电机的不支持。如果需要测试6路信号驱动的可以参考我上面的相关内容，有关STM32 通过高级定时器3路互补输出来实现SVPWM驱动无刷电机。

⚗🔬模拟仿真测试

📍ESP32在线SVPWM模拟仿真测试地址：https://wokwi.com/projects/396507548266030081

在这里插入图片描述

📝仿真代码

#include<Arduino.h>#include<math.h>#definePI3.14159265359#definePI_21.57079632679#definePI_31.0471975512#define_SQRT31.73205080757#definevoltage_power_supply12.0floatnormalizeAngle(float angle){float a =fmod(angle,2* PI);return a >=0? a :(a +2* PI);}voidsetPwm(float Ua,float Ub,float Uc){
    Serial.print(Ua);
    Serial.print(",");
    Serial.print(Ub);
    Serial.print(",");
    Serial.println(Uc);}voidsetTorque(float Uq,float angle_el){if(Uq <0)
    angle_el += PI;
  Uq =abs(Uq);

  angle_el =normalizeAngle(angle_el + PI_2);int sector =floor(angle_el / PI_3)+1;// calculate the duty cyclesfloat T1 = _SQRT3 *sin(sector * PI_3 - angle_el)* Uq / voltage_power_supply;float T2 = _SQRT3 *sin(angle_el -(sector -1.0)* PI_3)* Uq / voltage_power_supply;float T0 =1- T1 - T2;float Ta, Tb, Tc;switch(sector){case1:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case2:
    Ta = T1 + T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case3:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T2 + T0 /2;break;case4:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case5:
    Ta = T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case6:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T0 /2;break;default:
    Ta =0;
    Tb =0;
    Tc =0;}float Ua = Ta * voltage_power_supply;float Ub = Tb * voltage_power_supply;float Uc = Tc * voltage_power_supply;setPwm(Ua, Ub, Uc);}voidsetup(){
    Serial.begin(115200);// Make sure to match the baud rate with Serial Monitor}voidloop(){float Uq =1/_SQRT3;// Test value for voltagefloat angle_el =0;// Test value for angle// Test values across a full circlefor(int i =0; i <360; i++){
        angle_el = i * PI /180;setTorque(Uq, angle_el);delay(20);// Delay for visibility in plotter}}

📙驱动测试代码一

✨此代码直接驱动无刷电机转动没有问题，但是开启Vofa+波形就不正常了，打印函数太占用时间，驱动无刷电机对SVPWM要求实时连续性很高，因任务执行所消耗的时间，一个loop循环下来，运行时间大大超出了预期值。波形输出的直接变成了正弦波，而不是马鞍波，导致电机不能转动，

🥕不开启打印，一个loop循环下来。大概就是60us左右，也就是代码中 velocityOpenloop(2.5f);执行一遍的时间。

🧨开启打印，如果波特率设置比较低，打印3个浮点类型数据，消耗的时间会超过1ms。

🎉如果需要查看波形，串口通讯波特率尽可能的设置高一些，给定的预设的角度值大一些。
👉在驱动无刷电机前，调试前期，可以直接通过查看3路波形，即可预测驱动电机的实际效果。一定要是SVPWM波形（马鞍波），才能正常转起来。

/*
 * 日期：2023.7.22
 * 开环速度控制代码
 * 使用vofa+ 进行串口调试，波特率需要设置为57600
 * 电机参数 A2212/15T的极对数：7
 *
 */
#include <Arduino.h>
#include <math.h>

const int poles = 7;  // 电机的极对数

// PWM输出引脚定义
// 定义LEDC通道、GPIO引脚和分辨率
#define LEDC_CHANNEL1    0
#define LEDC_CHANNEL2    1
#define LEDC_CHANNEL3    2

#define LEDC_GPIO1 5
#define LEDC_GPIO2 18
#define LEDC_GPIO3 19

#define LEDC_RESOLUTION 10 // 设置分辨率为10位
#define PWM_FREQ 15000 // 设置PWM频率为15000Hz

// const char pwmA = 5;
// const char pwmB = 18;
// const char pwmC = 19;

const float voltagePowerSupply = 12.0;
float open_loop_timestamp = 0;
float shaft_angle = 0; // 机械角度
float zero_electric_angle = 0;
float Ualpha, Ubeta = 0;
float Ua = 0, Ub = 0, Uc = 0;
float dc_a = 0, dc_b = 0, dc_c = 0;

void setup()
{
    Serial.begin(57600);

    // PWM设置
    pinMode(LEDC_GPIO1, OUTPUT);
    pinMode(LEDC_GPIO2, OUTPUT);
    pinMode(LEDC_GPIO3, OUTPUT);

    ledcSetup(LEDC_CHANNEL1, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION); // pwm通道(1-16), 频率, 精度(0-14)
    ledcAttachPin(LEDC_GPIO1, 0); // 将GPIO引脚与LEDC通道关联,这样才能让LEDC信号输出到这个引脚
    ledcSetup(LEDC_CHANNEL2, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION); // pwm通道, 频率, 精度
    ledcAttachPin(LEDC_GPIO2, 1); // 将GPIO引脚与LEDC通道关联
    ledcSetup(LEDC_CHANNEL3, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION); // pwm通道, 频率, 精度
    ledcAttachPin(LEDC_GPIO3, 2); // 将GPIO引脚与LEDC通道关联
    Serial.println("完成PWM初始化设置");
    delay(3000);
}

/**  电角度 = 机械角度 * 极对数
 * @brief 电角度计算函数
 * @param shaft_angle 机械角度
 * @param pole_pairs 电机的极对数
*/
float _electricalAngle(float shaft_angle, int pole_pairs)
{
    return (shaft_angle * pole_pairs);
}

/**角度归一化到[0, 2pi]，把输入的角度限制在[0, 2pi]
 * @brief 角度归一化函数
 * @param angle 输入的角度
 * @return 归一化后的角度
 * 例如：_normalizeAngle(3.1415926) 返回 0
*/
float _normalizeAngle(float angle)
{
    float a = fmod(angle, 2 * PI); // 取余，结果可能为负值
    return a >= 0 ? a : (a + 2 * PI);
}

/**设置PWM输出
 * @brief 设置PWM输出
 * @param Ua 电机A的占空比
 * @param Ub 电机B的占空比
 * @param Uc 电机C的占空比
*/
void setPwm(float Ua, float Ub, float Uc)
{

    // 计算占空比，并使用constrain()函数限制相电压的范围0到1
    dc_a = constrain(Ua / voltagePowerSupply, 0.0f, 1.0f);
    dc_b = constrain(Ub / voltagePowerSupply, 0.0f, 1.0f);
    dc_c = constrain(Uc / voltagePowerSupply, 0.0f, 1.0f);

    // 写入PWM到PWM 0 1 2 通道
    ledcWrite(0, static_cast<uint32_t>(dc_a * 1023));  //使用10位分辨率计算占空比值
    ledcWrite(1, static_cast<uint32_t>(dc_b * 1023));
    ledcWrite(2, static_cast<uint32_t>(dc_c * 1023));

}

/**
 * @brief 设置相位电压
 * @param Uq 电流值
 * @param Ud 电压值
 * @param angle_el 电机的电角度，单位 rad
 * 电角度 = 机械角度 * 极对数
 * 机械角度 = 电角度 / 极对数
*/
void setPhaseVoltage(float Uq, float Ud, float angle_el)
{
    angle_el = _normalizeAngle(angle_el + zero_electric_angle); // 电角度

    // 帕克逆变换
    Ualpha = -Uq * sin(angle_el);
    Ubeta = Uq * cos(angle_el);

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

/** 开环速度函数，Uq和电角度生成器
 * @brief 开环速度控制函数
 * @param target_velocity 目标速度，单位 rad/s
 * @return 返回Uq值，用于控制电机转速
 */
float velocityOpenloop(float target_velocity)
{
  //  unsigned long now_us = micros(); // 获取从开启芯片以来的微秒数，它的精度是 4 微秒。 micros() 返回的是一个无符号长整型（unsigned long）的值
    static float deltaT = 6.5e-5f;     // 给定一个固定的开环运行时间间隔
    // 计算当前每个Loop的运行时间间隔

  //  float Ts = (now_us - open_loop_timestamp) * 1e-6f;

    // 由于 micros() 函数返回的时间戳会在大约 70 分钟之后重新开始计数，在由70分钟跳变到0时，TS会出现异常，因此需要进行修正。如果时间间隔小于等于零或大于 0.5 秒，则将其设置为一个较小的默认值，即 1e-3f
 //   if (Ts <= 0 || Ts > 0.5f)
 //       Ts = 6.5e-5f;

    // 通过乘以时间间隔和目标速度来计算需要转动的机械角度，存储在 shaft_angle 变量中。在此之前，还需要对轴角度进行归一化，以确保其值在 0 到 2π 之间。
  //  shaft_angle = _normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * Ts);
   shaft_angle = _normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * deltaT);
    // 以目标速度为 10 rad/s 为例，如果时间间隔是 1 秒，则在每个循环中需要增加 10 * 1 = 10 弧度的角度变化量，才能使电机转动到目标速度。
    // 如果时间间隔是 0.1 秒，那么在每个循环中需要增加的角度变化量就是 10 * 0.1 = 1 弧度，才能实现相同的目标速度。因此，电机轴的转动角度取决于目标速度和时间间隔的乘积。

    // 设置的voltage_power_supply的1/3作为Uq值，这个值会直接影响输出力矩
    // 最大只能设置为Uq = voltage_power_supply/2，否则ua,ub,uc会超出供电电压限幅
    float Uq = voltagePowerSupply / 24;

    setPhaseVoltage(Uq, 0, _electricalAngle(shaft_angle, poles)); // 极对数可以设置为常量

  //  open_loop_timestamp = now_us; // 用于计算下一个时间间隔

    return Uq;
}
/**
 * @brief 调试函数，用于输出PWM占空比
 * @return 无
 */
void debug()
{
    Serial.printf("%f,%f,%f\n", dc_a, dc_b, dc_c);
}

void loop()
{
    velocityOpenloop(2.5f);
    // debug();
}

📙驱动测试代码二

✨代码中换算采用的是上面仿真中的算法，在开启
VOFA+
串口波形查看时，务必将波特率尽可能设置高一些，以减少打印信息执行的时间。

🌼波形效果：
📑说明：
🔖力矩大小影响因素： > > setTorque(0.3f, _electricalAngle(shaft_angle, poles));//Uq影响振幅，力矩大小>
🔖转速影响因素： > > velocityOpenloop(6.0f);//数值越大> > 和变量> > deltaT>

/*
 * 日期：2023.7.22
 * 开环速度控制代码
 *  进行串口调试，波特率需要设置为576000
 * 电机参数 A2212/15T的极对数：7
 *
 */#include<Arduino.h>#include<math.h>#defineVOFA_SERIAL// 使用vofa+串口调试器查看马鞍波波形constint poles =7;// 电机的极对数// PWM输出引脚定义// 定义LEDC通道、GPIO引脚和分辨率#defineLEDC_CHANNEL10#defineLEDC_CHANNEL21#defineLEDC_CHANNEL32#defineLEDC_GPIO15#defineLEDC_GPIO218#defineLEDC_GPIO319#defineLEDC_RESOLUTION10// 设置分辨率为10位#definePWM_FREQ15000// 设置PWM频率为10000Hz// const char pwmA = 5;// const char pwmB = 18;// const char pwmC = 19;constfloat voltagePowerSupply =12.0;float open_loop_timestamp =0;float shaft_angle =0;// 机械角度float zero_electric_angle =0;float Ualpha, Ubeta =0;float Ua =0, Ub =0, Uc =0;float dc_a =0, dc_b =0, dc_c =0;//#define PI 3.14159265359#definePI_21.57079632679#definePI_31.0471975512#define_SQRT31.73205080757/**  电角度 = 机械角度 * 极对数
 * @brief 电角度计算函数
 * @param shaft_angle 机械角度
 * @param pole_pairs 电机的极对数
*/float_electricalAngle(float shaft_angle,int pole_pairs){return(shaft_angle * pole_pairs);}/**角度归一化到[0, 2pi]，把输入的角度限制在[0, 2pi]
 * @brief 角度归一化函数
 * @param angle 输入的角度
 * @return 归一化后的角度
 * 例如：_normalizeAngle(3.1415926) 返回 0
*/float_normalizeAngle(float angle){float a =fmod(angle,2* PI);// 取余，结果可能为负值return a >=0? a :(a +2* PI);}/**设置PWM输出
 * @brief 设置PWM输出
 * @param Ua 电机A的占空比
 * @param Ub 电机B的占空比
 * @param Uc 电机C的占空比
*/voidsetPwm(float Ua,float Ub,float Uc){// 计算占空比，并使用constrain()函数限制相电压的范围0到1
    dc_a =constrain(Ua / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);
    dc_b =constrain(Ub / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);
    dc_c =constrain(Uc / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);// 写入PWM到PWM 0 1 2 通道ledcWrite(0, static_cast<uint32_t>(dc_a *1023));//使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(1, static_cast<uint32_t>(dc_b *1023));ledcWrite(2, static_cast<uint32_t>(dc_c *1023));}/**
 * @brief 设置相位电压
 * @param Uq 电流值
 * @param Ud 电压值
 * @param angle_el 电机的电角度，单位 rad
 * 电角度 = 机械角度 * 极对数
 * 机械角度 = 电角度 / 极对数
*/voidsetPhaseVoltage(float Uq,float Ud,float angle_el){
    angle_el =_normalizeAngle(angle_el + zero_electric_angle);// 电角度// 帕克逆变换
    Ualpha =-Uq *sin(angle_el);
    Ubeta = Uq *cos(angle_el);// 克拉克逆变换
    Ua = Ualpha + voltagePowerSupply /2;
    Ub =(sqrt(3)* Ubeta - Ualpha)/2+ voltagePowerSupply /2;
    Uc =(-Ualpha -sqrt(3)* Ubeta)/2+ voltagePowerSupply /2;setPwm(Ua, Ub, Uc);}voidsetTorque(float Uq,float angle_el){if(Uq <0)
    angle_el += PI;
  Uq =abs(Uq);

  angle_el =_normalizeAngle(angle_el + PI_2);int sector =floor(angle_el / PI_3)+1;// calculate the duty cyclesfloat T1 = _SQRT3 *sin(sector * PI_3 - angle_el)* Uq / voltagePowerSupply;float T2 = _SQRT3 *sin(angle_el -(sector -1.0)* PI_3)* Uq / voltagePowerSupply;float T0 =1- T1 - T2;float Ta, Tb, Tc;switch(sector){case1:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case2:
    Ta = T1 + T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case3:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T2 + T0 /2;break;case4:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case5:
    Ta = T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case6:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T0 /2;break;default:
    Ta =0;
    Tb =0;
    Tc =0;}float Ua = Ta * voltagePowerSupply;float Ub = Tb * voltagePowerSupply;float Uc = Tc * voltagePowerSupply;setPwm(Ua, Ub, Uc);}/** 开环速度函数，Uq和电角度生成器
 * @brief 开环速度控制函数
 * @param target_velocity 目标速度，单位 rad/s
 * @return 返回Uq值，用于控制电机转速
 */floatvelocityOpenloop(float target_velocity){//  unsigned long now_us = micros(); // 获取从开启芯片以来的微秒数，它的精度是 4 微秒。 micros() 返回的是一个无符号长整型（unsigned long）的值//影响T周期float deltaT =4.2e-4f;// 给定一个固定的开环运行时间间隔6.5e-5f 8.4e-5f 8.4e-3f 1.7e-2f// 计算当前每个Loop的运行时间间隔//unsigned long mid_value = now_us - open_loop_timestamp;//Serial.println(mid_value);// 计算当前每个Loop的运行时间间隔//  float deltaT = mid_value * 1e-6f;// 计算电机轴的机械角度// 计算电机轴的电角度//  float Ts = (now_us - open_loop_timestamp) * 1e-6f;//float Ts = mid_value * 1e-6f;// 由于 micros() 函数返回的时间戳会在大约 70 分钟之后重新开始计数，在由70分钟跳变到0时，TS会出现异常，因此需要进行修正。如果时间间隔小于等于零或大于 0.5 秒，则将其设置为一个较小的默认值，即 1e-3f//    if (Ts <= 0 || Ts > 0.5f)//        Ts = 6.5e-5f;// 通过乘以时间间隔和目标速度来计算需要转动的机械角度，存储在 shaft_angle 变量中。在此之前，还需要对轴角度进行归一化，以确保其值在 0 到 2π 之间。//   shaft_angle = _normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * Ts);
   shaft_angle =_normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * deltaT);// 以目标速度为 10 rad/s 为例，如果时间间隔是 1 秒，则在每个循环中需要增加 10 * 1 = 10 弧度的角度变化量，才能使电机转动到目标速度。// 如果时间间隔是 0.1 秒，那么在每个循环中需要增加的角度变化量就是 10 * 0.1 = 1 弧度，才能实现相同的目标速度。因此，电机轴的转动角度取决于目标速度和时间间隔的乘积。// 设置的voltage_power_supply的1/3作为Uq值，这个值会直接影响输出力矩// 最大只能设置为Uq = voltage_power_supply/2，否则ua,ub,uc会超出供电电压限幅float Uq = voltagePowerSupply /24;// setPhaseVoltage(Uq, 0, _electricalAngle(shaft_angle, poles)); // 极对数可以设置为常量setTorque(0.3f,_electricalAngle(shaft_angle, poles));//Uq影响振幅，力矩大小//   open_loop_timestamp = now_us; // 用于计算下一个时间间隔return Uq;}}voidsetup(){
    Serial.begin(576000);// PWM设置pinMode(LEDC_GPIO1, OUTPUT);pinMode(LEDC_GPIO2, OUTPUT);pinMode(LEDC_GPIO3, OUTPUT);ledcSetup(LEDC_CHANNEL1, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道(1-16), 频率, 精度(0-14)ledcAttachPin(LEDC_GPIO1,0);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联,这样才能让LEDC信号输出到这个引脚ledcSetup(LEDC_CHANNEL2, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道, 频率, 精度ledcAttachPin(LEDC_GPIO2,1);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联ledcSetup(LEDC_CHANNEL3, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道, 频率, 精度ledcAttachPin(LEDC_GPIO3,2);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联

    Serial.println("完成PWM初始化设置");delay(3000);}voidloop(){velocityOpenloop(6.0f);//数值越大，电机旋转的速度越快 。（Limited:0 到 2π 之间）#ifdefVOFA_SERIALprintf("%f,%f,%f\n", dc_a, dc_b, dc_c);#endif}

⛳解决上面程序中的痛点问题，引入双核心多线程任务运行方案

✨在Arduino平台，esp32程序默认运行在核心1上的，引入双核心多线程任务运行，将串口打印和SVPWM计算分别运行在核心0和核心1上，来保证任务执行的实时性。由于不同线程间的任务执行，任务的执行时间差异，需要及时给rtc看门狗，进行喂狗操作，否则，每执行一段时间，esp32就会产生看门狗复位的动作。

/*
 * 日期：2024.5.31更新
 * 开环速度控制代码
 *  进行串口调试，波特率需要设置为576000
 * 电机参数 2204-1400KV-12N14P 的极对数：7
 *
 */#include<Arduino.h>#include<math.h>#include"soc/rtc_wdt.h"//设置看门狗用#include"freertos/FreeRTOS.h"#include"freertos/task.h"#include"freertos/queue.h"#include"driver/ledc.h"#include"esp_log.h"#include"esp_system.h"#include"esp_timer.h"#include"esp_attr.h"#include"esp_intr_alloc.h"#include"esp_err.h"#include"esp_task_wdt.h"#defineVOFA_SERIAL// 使用vofa+串口调试器查看马鞍波波形constint poles =7;// 电机的极对数// PWM输出引脚定义// 定义LEDC通道、GPIO引脚和分辨率#defineLEDC_CHANNEL10#defineLEDC_CHANNEL21#defineLEDC_CHANNEL32#defineLEDC_GPIO15#defineLEDC_GPIO218#defineLEDC_GPIO319#defineLEDC_RESOLUTION10// 设置分辨率为10位#definePWM_FREQ15000// 设置PWM频率为10000Hzconstfloat voltagePowerSupply =12.0;float open_loop_timestamp =0;float shaft_angle =0;// 机械角度float zero_electric_angle =0;float Ualpha, Ubeta =0;float Ua =0, Ub =0, Uc =0;float dc_a =0, dc_b =0, dc_c =0;//#define PI 3.14159265359#definePI_21.57079632679#definePI_31.0471975512#define_SQRT31.73205080757

TaskHandle_t th_p[2];// 任务句柄，对xTaskCreate的调用返回。可用作参数到vTaskDelete以删除任务。/**  电角度 = 机械角度 * 极对数
 * @brief 电角度计算函数
 * @param shaft_angle 机械角度
 * @param pole_pairs 电机的极对数
*/float_electricalAngle(float shaft_angle,int pole_pairs){return(shaft_angle * pole_pairs);}/**角度归一化到[0, 2pi]，把输入的角度限制在[0, 2pi]
 * @brief 角度归一化函数
 * @param angle 输入的角度
 * @return 归一化后的角度
 * 例如：_normalizeAngle(3.1415926) 返回 0
*/float_normalizeAngle(float angle){float a =fmod(angle,2* PI);// 取余，结果可能为负值return a >=0? a :(a +2* PI);}/**设置PWM输出
 * @brief 设置PWM输出
 * @param Ua 电机A的占空比
 * @param Ub 电机B的占空比
 * @param Uc 电机C的占空比
*/voidsetPwm(float Ua,float Ub,float Uc){// 计算占空比，并使用constrain()函数限制相电压的范围0到1
    dc_a =constrain(Ua / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);
    dc_b =constrain(Ub / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);
    dc_c =constrain(Uc / voltagePowerSupply,0.0f,1.0f);// 写入PWM到PWM 0 1 2 通道ledcWrite(0, static_cast<uint32_t>(dc_a *1023));//使用10位分辨率计算占空比值ledcWrite(1, static_cast<uint32_t>(dc_b *1023));ledcWrite(2, static_cast<uint32_t>(dc_c *1023));}/**
 * @brief 设置相位电压
 * @param Uq 电流值
 * @param Ud 电压值
 * @param angle_el 电机的电角度，单位 rad
 * 电角度 = 机械角度 * 极对数
 * 机械角度 = 电角度 / 极对数
*/voidsetPhaseVoltage(float Uq,float Ud,float angle_el){
    angle_el =_normalizeAngle(angle_el + zero_electric_angle);// 电角度// 帕克逆变换
    Ualpha =-Uq *sin(angle_el);
    Ubeta = Uq *cos(angle_el);// 克拉克逆变换
    Ua = Ualpha + voltagePowerSupply /2;
    Ub =(sqrt(3)* Ubeta - Ualpha)/2+ voltagePowerSupply /2;
    Uc =(-Ualpha -sqrt(3)* Ubeta)/2+ voltagePowerSupply /2;setPwm(Ua, Ub, Uc);}voidsetTorque(float Uq,float angle_el){if(Uq <0)
    angle_el += PI;
  Uq =abs(Uq);

  angle_el =_normalizeAngle(angle_el + PI_2);int sector =floor(angle_el / PI_3)+1;// calculate the duty cyclesfloat T1 = _SQRT3 *sin(sector * PI_3 - angle_el)* Uq / voltagePowerSupply;float T2 = _SQRT3 *sin(angle_el -(sector -1.0)* PI_3)* Uq / voltagePowerSupply;float T0 =1- T1 - T2;float Ta, Tb, Tc;switch(sector){case1:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case2:
    Ta = T1 + T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T0 /2;break;case3:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T2 + T0 /2;
    Tc = T2 + T0 /2;break;case4:
    Ta = T0 /2;
    Tb = T1 + T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case5:
    Ta = T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T2 + T0 /2;break;case6:
    Ta = T1 + T2 + T0 /2;
    Tb = T0 /2;
    Tc = T1 + T0 /2;break;default:
    Ta =0;
    Tb =0;
    Tc =0;}float Ua = Ta * voltagePowerSupply;float Ub = Tb * voltagePowerSupply;float Uc = Tc * voltagePowerSupply;setPwm(Ua, Ub, Uc);}/** 开环速度函数，Uq和电角度生成器
 * @brief 开环速度控制函数
 * @param target_velocity 目标速度，单位 rad/s
 * @return 返回Uq值，用于控制电机转速
 */floatvelocityOpenloop(float target_velocity){//  unsigned long now_us = micros(); // 获取从开启芯片以来的微秒数，它的精度是 4 微秒。 micros() 返回的是一个无符号长整型（unsigned long）的值//影响T周期float deltaT =4.2e-4f;// 给定一个固定的开环运行时间间隔6.5e-5f 8.4e-5f 8.4e-3f 1.7e-2f// 计算当前每个Loop的运行时间间隔//unsigned long mid_value = now_us - open_loop_timestamp;//Serial.println(mid_value);// 计算当前每个Loop的运行时间间隔//  float deltaT = mid_value * 1e-6f;// 计算电机轴的机械角度// 计算电机轴的电角度//  float Ts = (now_us - open_loop_timestamp) * 1e-6f;//float Ts = mid_value * 1e-6f;// 由于 micros() 函数返回的时间戳会在大约 70 分钟之后重新开始计数，在由70分钟跳变到0时，TS会出现异常，因此需要进行修正。如果时间间隔小于等于零或大于 0.5 秒，则将其设置为一个较小的默认值，即 1e-3f//    if (Ts <= 0 || Ts > 0.5f)//        Ts = 6.5e-5f;// 通过乘以时间间隔和目标速度来计算需要转动的机械角度，存储在 shaft_angle 变量中。在此之前，还需要对轴角度进行归一化，以确保其值在 0 到 2π 之间。//   shaft_angle = _normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * Ts);
   shaft_angle =_normalizeAngle(shaft_angle + target_velocity * deltaT);// 以目标速度为 10 rad/s 为例，如果时间间隔是 1 秒，则在每个循环中需要增加 10 * 1 = 10 弧度的角度变化量，才能使电机转动到目标速度。// 如果时间间隔是 0.1 秒，那么在每个循环中需要增加的角度变化量就是 10 * 0.1 = 1 弧度，才能实现相同的目标速度。因此，电机轴的转动角度取决于目标速度和时间间隔的乘积。// 设置的voltage_power_supply的1/3作为Uq值，这个值会直接影响输出力矩// 最大只能设置为Uq = voltage_power_supply/2，否则ua,ub,uc会超出供电电压限幅float Uq = voltagePowerSupply /24;// setPhaseVoltage(Uq, 0, _electricalAngle(shaft_angle, poles)); // 极对数可以设置为常量setTorque(0.35f,_electricalAngle(shaft_angle, poles));//Uq影响振幅，力矩大小//   open_loop_timestamp = now_us; // 用于计算下一个时间间隔return Uq;}voidCore0task(void*args){while(1){// 多线程中必须使用一个死循环#ifdefVOFA_SERIALrtc_wdt_feed();//喂狗函数
    Serial.printf("%f,%f,%f\n", dc_a, dc_b, dc_c);vTaskDelay(1);//1MS//    delayMicroseconds(150);//以微秒为单位时间//    yield();#endif}}voidCore1task(void*args){while(1){// 多线程中必须使用一个死循环rtc_wdt_feed();//喂狗函数velocityOpenloop(6.0f);//数值越大，电机旋转的速度越快 。（Limited:0 到 2π 之间）vTaskDelay(1);//1MS// delayMicroseconds(150);//    yield();}}voidsetup(){
    Serial.begin(576000);rtc_wdt_protect_off();//看门狗写保护关闭 关闭后可以喂狗//rtc_wdt_protect_on();    //看门狗写保护打开 打开后不能喂狗//rtc_wdt_disable();       //禁用看门狗rtc_wdt_enable();//启用看门狗rtc_wdt_set_time(RTC_WDT_STAGE0,1000);//看门狗超时时间设置为1秒// PWM设置pinMode(LEDC_GPIO1, OUTPUT);pinMode(LEDC_GPIO2, OUTPUT);pinMode(LEDC_GPIO3, OUTPUT);ledcSetup(LEDC_CHANNEL1, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道(1-16), 频率, 精度(0-14)ledcAttachPin(LEDC_GPIO1,0);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联,这样才能让LEDC信号输出到这个引脚ledcSetup(LEDC_CHANNEL2, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道, 频率, 精度ledcAttachPin(LEDC_GPIO2,1);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联ledcSetup(LEDC_CHANNEL3, PWM_FREQ, LEDC_RESOLUTION);// pwm通道, 频率, 精度ledcAttachPin(LEDC_GPIO3,2);// 将GPIO引脚与LEDC通道关联// 创建两个任务xTaskCreatePinnedToCore(Core0task,"Core0task",4096,NULL,3,&th_p[0],0);xTaskCreatePinnedToCore(Core1task,"Core1task",4096,NULL,4,&th_p[1],1);
    Serial.println("完成PWM初始化设置");delay(3000);}voidloop(){}

🔬调参测试过程，记录分析参考

🌿3.2过度到6.0f波形变化

velocityOpenloop(6.0f);//3.2过度到6.0ffloat deltaT =3.4e-3f;

在这里插入图片描述

🌿修改deltaT ：3.4e-3f;到 3.4e-4f波形变化。

velocityOpenloop(6.0f);float deltaT =3.4e-4f;

在这里插入图片描述

🌿修改形参6.0f 到12.0f变化：

velocityOpenloop(12.0f);float deltaT =3.4e-4f;

在这里插入图片描述

🌿修改deltaT ，3.4e-4f到6.5e-4f变化：

velocityOpenloop(12.0f);float deltaT =6.5e-4f;

在这里插入图片描述

🍭SVPWM驱动模式下，给定速度velocityOpenloop(75.0f); 赋值的大小需要和后面的延时vTaskDelay(1);进行适配，个人电机测试时，不开调试输出，值运行电机函数的情况下，给定速度75的情况下，后面延时1ms,电机也是不会抖动，运转正常的。当给定速度120时，延时1ms，电机就会抖动运转不起来，将延时调整到2ms，电机可以恢复运转。

velocityOpenloop(75.0f);//数值越大，电机旋转的速度越快 。vTaskDelay(1);//1MS

📙基于SimpleFOC库速度开环测试

🌿SimpleFOC：https://github.com/simplefoc/Arduino-FOC
📍SimpleFOC调试参考：《SimpleFOC之ESP32（二）—— 开环控制》

✨首次测试时，需要注意，
motor.voltage_limit
的值不要设置过大，最好接可调电源，将电流限制在一定范围内。无刷电机控制要尽快操作，不要停留时间太久，时刻注意电机和驱动器的发热情况，一旦过热立即断电。

📢voltage_limit调参须知

开环控制尽快操作，注意电机发热情况，发热严重要立即断电 .

电机抖动转不起来把voltage_limit设置的大一点，
电机发热严重的把voltage_limit设置的小一点，
voltage_limit设置越大，电机达到的最大转速越大，但是voltage_limit值越大电机发热就越严重.
电机能转就表示一切正常，记下当前的voltage_limit值，闭环控制中用于设置voltage_sensor_align，

// Open loop motor control example#include<SimpleFOC.h>// BLDC motor & driver instance// BLDCMotor motor = BLDCMotor(pole pair number);
BLDCMotor motor =BLDCMotor(7);// BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(pwmA, pwmB, pwmC, Enable(optional));
BLDCDriver3PWM driver =BLDCDriver3PWM(18,5,19,23);// Stepper motor & driver instance//StepperMotor motor = StepperMotor(50);//StepperDriver4PWM driver = StepperDriver4PWM(9, 5, 10, 6,  8);//target variablefloat target_velocity =0;// instantiate the commander
Commander command =Commander(Serial);voiddoTarget(char* cmd){ command.scalar(&target_velocity, cmd);}voiddoLimit(char* cmd){ command.scalar(&motor.voltage_limit, cmd);}voidsetup(){// driver config// power supply voltage [V]
  driver.voltage_power_supply =12;// limit the maximal dc voltage the driver can set// as a protection measure for the low-resistance motors// this value is fixed on startup
  driver.voltage_limit =5;
  driver.init();// link the motor and the driver
  motor.linkDriver(&driver);// limiting motor movements// limit the voltage to be set to the motor// start very low for high resistance motors// current = voltage / resistance, so try to be well under 1Amp
  motor.voltage_limit =3.2;// [V]// open loop control config
  motor.controller = MotionControlType::velocity_openloop;// init motor hardware
  motor.init();// add target command T
  command.add('T', doTarget,"target velocity");
  command.add('L', doLimit,"voltage limit");

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Motor ready!");
  Serial.println("Set target velocity [rad/s]");_delay(1000);}voidloop(){// open loop velocity movement// using motor.voltage_limit and motor.velocity_limit// to turn the motor "backwards", just set a negative target_velocity
  motor.move(target_velocity);// user communication
  command.run();}

标签： ESP32 SVPWM驱动无刷电机 Arduino

本文转载自: https://blog.csdn.net/weixin_42880082/article/details/139320499
版权归原作者 perseverance52 所有，如有侵权，请联系我们删除。

基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试

基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试

⚗🔬模拟仿真测试

📙驱动测试代码一

📙驱动测试代码二

⛳解决上面程序中的痛点问题，引入双核心多线程任务运行方案

🔬调参测试过程，记录分析参考

📙基于SimpleFOC库速度开环测试

📢voltage_limit调参须知

发表评论

“基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试”的评论:

关于作者

overfit同步小助手

相关阅读

文章导航

基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试

基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试

⚗🔬模拟仿真测试

📙驱动测试代码 一

📙驱动测试代码二

⛳解决上面程序中的痛点问题，引入双核心多线程任务运行方案

🔬调参测试过程，记录分析参考

📙基于SimpleFOC库速度开环测试

📢voltage_limit调参须知

发表评论

“基于开源项目ESP32 SVPWM驱动无刷电机开环速度测试”的评论:

关于作者

overfit同步小助手

相关阅读

文章导航

📙驱动测试代码一