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基于直流电流的力矩控制

这个控制环能够像直流电机那样控制直流无刷电机。这种力矩控制算法需要电流检测硬件的支持。用户设置的目标电流Id用于FOC算法计算出所需维持的相电压ua ,ub 和 uc 。该模式设置如下：

// 直流电流力矩控制模式
motor.torque_controller = TorqueControlType::dc_current;

它到底是如何工作的？

直流电流力矩控制算法读取无刷直流电机的相电流(通常是ia 和 ib)。

此外，该算法从位置传感器读取角度 a。 相电流通过逆Clarke和简化的Park变换转换为直流电流iDC。而后，PID控制器利用目标电流Id和测量电流iDC计算出相应的设置到电机的电压值Uq，而Ud始终保持为0。最后，FOC对电机设置相应的ua, ub 和 uc 。FOC会确保这些电压产生的磁力恰好与电机转子的永磁场保持90度偏移，从而保证了最大力矩，这称为换向。

这种力矩控制模式是假设在电机的力矩是和电机的直流电流iDC成比例的（iDC=iq），因此可以通过控制电流来实现力矩的控制。但是这种假设仅限于低速的情况，在高速情况下，id分量会变得很高，致使iDC=iq就不成立了。

配置参数

为了可以平稳运行，用户需要配置PID控制器PID_current_q参数和低通滤波器LPF_current_q时间常数。

// PID参数 - 默认
motor.PID_current_q.P = 5;                       // 3    - Arduino UNO/MEGA
motor.PID_current_q.I = 1000;                    // 300  - Arduino UNO/MEGA
motor.PID_current_q.D = 0;
motor.PID_current_q.limit = motor.voltage_limit; 
motor.PID_current_q.ramp = 1e6;                  // 1000 - Arduino UNO/MEGA
// 低通滤波器 - 默认
LPF_current_q.Tf= 0.005;                         // 0.01 - Arduino UNO/MEGA

力矩控制示例代码

下面是一个简单的利用了在线电流检测的基于直流电流的力矩控制，可以在串行的commander接口设定目标值。

#include <SimpleFOC.h>

// 无刷直流电机及驱动器实例
BLDCMotor motor = BLDCMotor(11);
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 5, 6, 8);

// 编码器实例
Encoder encoder = Encoder(2, 3, 500);
// 回调通道A和B
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}

// 电流检测
InlineCurrentSense current_sense = InlineCurrentSense(0.01, 50.0, A0, A2);

// commander实例化
Commander command = Commander(Serial);
void doTarget(char* cmd) { command.scalar(&motor.target, cmd); }

void setup() { 
  
  // 初始化编码传感器硬件
  encoder.init();
  encoder.enableInterrupts(doA, doB); 
  // 连接电机和传感器
  motor.linkSensor(&encoder);

  // 配置驱动器
  // 电源电压 [V]
  driver.voltage_power_supply = 12;
  driver.init();
  // 连接驱动器
  motor.linkDriver(&driver);

  // 电流检测初始化硬件
  current_sense.init();
  // 连接电流检测器和电机
  motor.linkCurrentSense(&current_sense);

  // 设置力矩模式：
  motor.torque_controller = TorqueControlType::dc_current; 
  // 设置运动控制环
  motor.controller = MotionControlType::torque;

  // 电流控制参数 (Arduino UNO/Mega)
  motor.PID_current_q.P = 5;
  motor.PID_current_q.I= 300;
  motor.LPF_current_q.Tf = 0.01; 

  // 监视串口
  Serial.begin(115200);
  // 如果不需要，可以注释掉此行
  motor.useMonitoring(Serial);

  // 初始化电机
  motor.init();
  // 校准编码器，启用FOC
  motor.initFOC();

  // 添加目标命令T
  command.add('T', doTarget, "target current");

  Serial.println(F("Motor ready."));
  Serial.println(F("Set the target current using serial terminal:"));
  _delay(1000);
}

void loop() {

  // FOC算法主函数
  motor.loopFOC();

  // 运动控制函数
  motor.move();

  // 用户通信
  command.run();
}