ODrive移植keil（七）—— 插值算法和偏置校准

 
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一、角度读取

1.1、硬件接线

 

1.2、程序演示

• 目前支持四种编码器：ABZ、AS5047P、MT6701、MA730，本例以ABZ信号为例，

• ENCODER_cpr 为接口对应的cpr，比如AS5047P的ABZ接口cpr=4000，SPI接口的cpr=16384，注意区分。

• 在MyProject.h文件中设置参数，下图：
  

• 编译烧写，

• 发送指令“P”（不需要回车换行），同时用手转动电机，查看角度打印，
  

• 打印的角度为累加角度，不会转一圈后清零。

 

1.3、代码说明

• 角度读取在TIM1更新中断中被调用，
• 更新中断的同时触发ADC，所以进入中断后ADC并未完成，此时读取角度，也是在等待ADC完成，
• ODrive的代码执行时间非常紧凑，所以不支持I2C接口的编码器，当然也就不支持AS5600（I2C接口的读取速度比较慢）。

• 官方代码中，读取数据使用了SPI收发DMA模式，我觉得SPI的速度已经很快，没有必要再用DMA，
• 官方代码中，SPI读取角度都是一个16bit指令完成（比如读取AS5047P的指令是0xFFFF）。所以移植后的代码不再支持TLE5012B编码器，TLE5012B的指令包含了收发切换和延时，效率较低。
• 官方代码支持多种SPI接口编码器，大部分型号在国内比价冷门，所以没有移植，
• 移植后的代码很容易添加 符合这些规则的编码器。

 

二、锁相环和插值算法

读取后的角度为原始数据，再在encoder_update() 中处理，数据处理包含了两部分：锁相环和插值，


 

2.1、锁相环

• 能百度到的关于锁相环的介绍，都是关于无线电通信的，本人上学的时候刚好还做过这个实验，所以我一直以为锁相环就是用于通信的。
• 用锁相环来滤波角度超出了我的想象，我也没找网上找到任何理论依据，国内电机论坛上也从没人讲过这事（至少我没看到过）。
• 我猜测它是用读出的角度做为目标值，估算值最终收敛于目标值。当读出角度有较大波动或者干扰时，估算值能够保证一定的平滑性，起到滤波的作用。
  
• 上图是ODrive中无感电机启动的锁相环，都是锁相环，原理应该差不多，就是一开始有误差，最终消除误差，实际值和估算值保持一致。

 

2.2、插值

• 插值算法一开始觉得很神奇，仔细看了代码后，发现是和偏置校准相关的一个处理角度的方法，
• 可以提前透漏下，在闭环速度控制的时候，把插值算法屏蔽了，电机转动的效果丝毫不受影响，
• 不知道这个算法什么时候起作用，也可能是我的测试不够多，但我已经没有兴趣了。
  

 

2.3、角度补偿

• 从发出读编码器指令，到获取角度再用于反Park变换，中间会有一段时间的延迟，而且同样的延迟时间，电机转速越高影响就越大，所以需要角度补偿。
• 我在调试SimpleFOC的时候就遇到了这一问题，SimpleFOC代码支持的最大转速基本只能到3000RPM，我曾通过增加补偿角的方法把转速提高到8000RPM（效果并不好，电机有咔咔的噪声）。补偿角不是固定值，而且随着转速提高逐渐增大。
• 有些公司把补偿角称之为：“进角”或者“攻角”。
• 国内一般的做法是通过事先测试获取不同转速时的补偿角，分段补偿或者设定系数根据速度线性补偿。
• 手动添加补偿角的方式有两个缺点：第一事先需要大量测试以得到最佳值，第二这种方法看起来不太灵活，毕竟电机转动时速度是有波动的，补偿角过于呆板。
• ODrive中就没有补偿角，我觉得要么是它的算法精确，很好的解决延迟问题；要么就是锁相环可以起到补偿的作用。
• 我尝试把锁相环部分给屏蔽了，测试高转速时的效果，以确定它是否有补偿效果，但是没有屏蔽成功，这个稍后再测试。
• 角度“ 锁相环” 在国内闻所未闻，我觉得是ODrive代码中最有价值的一项技术！
   

三、偏置校准

3.1、硬件接线

使用SPI接口，SPI读出角度为绝对值，更容易找到规律，

 

（以下内容待续）

3.2、官方代码操作

 

3.3、移植后的代码操作

 

3.4、代码说明

• 想要理解ODrive的偏置校准，建议先理解SimpleFOC的偏置校准。请看这篇教程：SimpleFOC移植STM32（四）—— 闭环控制，零点校准部分。
• SimpleFOC的偏置校准是用简单的方法实现简单的功能，
• ODrive的偏置校准是用复杂的方法实现简单的功能，当然也可能ODrive的适应性更好。

 

3.5、SimpleFOC的偏置校准对比