この前作った対向2輪型のラジコンなんだけど、高速で直進すると左右にゆらゆらするのでキャスターの制度が悪いからキャスターが振られてるんじゃないか？ということでボールキャスターに変更してみた。
実際に走らせてみるとやっぱりゆらゆらする。ということはSimpleFOCのPIDチューニングかもしれない。速度フィードバックで速度が一定になっていないのかなぁ。これはさらなるチューニングが必要かもしれない。
この前CAN経由でチューニングできるようにしたのでESP32側にちょっと変更できるようなしくみを入れようかな。
それはそうと、ボールキャスターになったことでフロントが軽くなってフロントが浮くようになってしまった。
OdriveライクなCAN通信でSimpleFOCのモータドライバと通信しているんだけど、電圧低下などでESP32がフリーズしたりするとモータが前回値でそのまま動いてしまうので通信切断検知を入れてみた。
この前のCAN対応ファームウェアに追加で通信がない状態が1000ms続いたらモータをフリーにするようにしてみた。坂道だとフリーなので走ってしまうかもしれないけど…
アクロバティックな走行をしていると途中でバッテリの電圧降下で回り続けるようになってしまったり。とりあえず通信切断検知を入れたらこの状態で止まってくれた。
とりあえず簡単に実装してみたやつでも動いてそう。
#define WATCHDOG 1000
unsigned long lastUpdate = 0;
boolean watchDogEnable = true;
void inputWatchdog_reset() {
#ifdef WATCHDOG
lastUpdate = millis();
motor.enable();
#endif
}とりあえず追加した変数と関数はこんな感じで通信の場所でinputWatchdog_reset()を読み続ければ通信切断は検知しない感じに。
#ifdef WATCHDOG
unsigned long watchDogMs = millis();
if (watchDogMs - lastUpdate > WATCHDOG && watchDogEnable == true) {
motor.disable();
}
#endif切断検知はloop()関数内にこんな感じで追加。
case 0x00C: //Set Input Pos
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::angle;
target_angle = input.value[0];
}
inputWatchdog_reset();
break;
case 0x00D: //Set Input Vel
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::velocity;
target_angle = input.value[0];
}
inputWatchdog_reset();
break;
case 0x00E: //Set Input Torque
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::torque;
target_angle = input.value[0];
}
inputWatchdog_reset();
break;あとは前回同様CAN通信のswitch case分の中のモータを動かしそうな関数にinputWatchdog_reset()を追加していけばOK。これを追加するとSimpleFOC StudioからいじれなくなるのでそのときはwatchDogEnableをfalseにする関数をコマンドに追加してやろうかなと言う感じ。
使用してるジンバルモータが220kvなので1Sだと90rad/sぐらい回せそうなんだけども48rad/s制限で回してみると結構早い。頑張ればウィリーできるぞ…
電源もブレッドボードからとりあえず取ってるのでウィリーしてリアのケーブルを動かすと接触不良で通信が止まってしまうんだけど、ちゃんとモータが止まるようになった。とりあえずBluetoothラジコンとしてPS3コンで動くようになったのは良いんだけども、モータがカクカクするのでPIDのゲインを調整してみた。負荷がかかるとハンチングしてる感じ。
SimpleFOCのPIDゲイン調整をしたときにAngleでFOCのゲインを調整をしていたのにもかかわらず、そもそものAngleとVelocityのゲインは未調整だった…
// velocity loop PID motor.PID_velocity.P = 0.2; motor.PID_velocity.I = 20.0; motor.PID_velocity.D = 0.0; motor.PID_velocity.output_ramp = 1000.0; motor.PID_velocity.limit = 8.0; // Low pass filtering time constant motor.LPF_velocity.Tf = 0.01; // angle loop PID motor.P_angle.P = 20.0; motor.P_angle.I = 0.0; motor.P_angle.D = 0.0; motor.P_angle.output_ramp = 0.0; motor.P_angle.limit = 40.0; // Low pass filtering time constant motor.LPF_angle.Tf = 0.0;
この前のスケッチを見るとデフォルト値？でこんな感じになっていた。
コネクタがこの通り抜き差ししにくいので、とりあえずモータを取り外してシリアルでPCに繋いでSimpleFOC Studioで追加で調整してみた。まずは速度ゲインの調整を。Angleはとりあえずは使っていないので。
コネクタの向きはモータドライバステーを改良すれば行けそうな気がするな…
IとDをゼロにしてPを上げて行くとすぐハンチングしてしまう。LPFを0.05にしてみたらPが1.5ぐらいまで行けそうだったのでとりあえずはPを1.5にしてIを上げていってみた。Iを結構上げても大丈夫そうなんだけど負荷のかかり具合によってまたカクカクしそうなのでとりあえず10ぐらいにしておいた。
// velocity loop PID motor.PID_velocity.P = 1.5; motor.PID_velocity.I = 10.0; motor.PID_velocity.D = 0.0; motor.PID_velocity.output_ramp = 1000.0; motor.PID_velocity.limit = 8.0; // Low pass filtering time constant motor.LPF_velocity.Tf = 0.05;
まずはこんな感じにセットしてみた。
左右のモータドライバに書き込んで動かしてみるとカクカクが治っていい感じ。もう少し調整できそうな気はするけども…
ということでSimpleFOC Studioを使わなくてもCANから変更できるようにCANの部分を少し改良。オリジナルのOdriveでもそういうコマンドが合ったのでとりあえずPとIを変更できるようにしてみた。RTRを送ると現在の値が見れる。
case 0x01B: //Set Vel Gains
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.PID_velocity.P = input.value[0];
motor.PID_velocity.I = input.value[1];
}else{
FLOAT_BYTE_UNION output;
output.value[0] = motor.PID_velocity.P;
output.value[1] = motor.PID_velocity.I;
memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
}
break;こんな感じで0x01Bに対応した部分をswitch case分の中に追加しただけ。とりあえず簡単なツールをPythonで作成して走行しながら調整してみよう。ESP32の方にもリアルタイムで調整できるようにWebServerでも追加しようかな。
うまく動くようになったのでスピードも少し上げてみた。もうちょっと早くできそう。
最大スピードもリアルタイムで変更できるようにしたいな。スピード上げると直線走行時にまたハンチングが少し出てきているような気が…
あとキャスターが左右にゆらゆらするので、そのせいで車体もゆらゆらしてしまうなぁ
ボールキャスターも試してみようかな。ちなみにモータが静かすぎてキャスターの回る音のほうが大きいのでキャスターを変えたらもっと静かになりそう。メカナムラジコンのときのギアの音とは大違いだ…
前回タミヤのユニバーサルプレートにダイレクトドライブモータとキャスターを取り付けられたので試しにESP32でラジコン化して動かしてみた。
ダイレクトドライブモータとして使用するジンバルモータには自作モータドライバを取り付けてOdriveのようなプロトコルでCANから制御できるようになっている。ESP32にCANトランシーバを取り付けて、Bluetoothで接続したPS3コントローラをつかってラジコン化してみる。
バッテリを共通化しようとしたけどESP32がうまく起動しなかったのでとりあえずESP32の電源はモバイルバッテリを使用することに。昇圧回路挟まないとだめかな。低速でテストするので適当においてあるだけ…
#include <Ps3Controller.h>
#include "driver/twai.h"
#define CAN_RX 35
#define CAN_TX 32
#define canRate 100 //モータステータスリクエスト周期
#define DEBUG
#define DEADZone 8
#define BTMAC "1a:2b:3c:01:01:01"
//コントローラーの値代入用
int lx = 0;
int ly = 0;
int rx = 0;
int ry = 0;
int lt = 0;
int rt = 0;
boolean BTconnected = false;
//モーター出力設定
float MotorGain = 0.5;
uint8_t MotorMode = 0;
//ポーリング用
unsigned long lastMotor = 0;
unsigned long lastupdate = 0;
//CANデータ処理用共用体
typedef union {
int32_t value;
byte bytes[4];
} INT32_BYTE_UNION;
typedef union {
float value;
byte bytes[4];
} FLOAT_BYTE_UNION;
void notify() {
lx = Ps3.data.analog.stick.lx;
ly = Ps3.data.analog.stick.ly;
rx = Ps3.data.analog.stick.rx;
ry = Ps3.data.analog.stick.ry;
if (abs(lx) < DEADZone) {
lx = 0;
}
if (abs(ly) < DEADZone) {
ly = 0;
}
if (abs(rx) < DEADZone) {
rx = 0;
}
if (abs(ry) < DEADZone) {
ry = 0;
}
lt = Ps3.data.analog.button.l2;
rt = Ps3.data.analog.button.r2;
if (Ps3.event.button_up.r1) {
MotorMode += 1;
if (MotorMode > 4) {
MotorMode = 4;
}
Ps3.setPlayer(MotorMode);
} else if (Ps3.event.button_up.l1 && (MotorMode > 0)) {
MotorMode -= 1;
Ps3.setPlayer(MotorMode);
}
}
void btdisconn() {
BTconnected = false;
#ifdef DEBUG
Serial.println("Controller Disconnected");
#endif
}
void btconn() {
BTconnected = true;
#ifdef DEBUG
Serial.println("Controller Connected");
#endif
}
void setup() {
#ifdef DEBUG
Serial.begin(115200);
#endif
//DUALSHOCK3初期化
Ps3.attach(notify);
Ps3.attachOnDisconnect(btdisconn);
Ps3.attachOnConnect(btconn);
#ifdef BTMAC
Ps3.begin(BTMAC);
#else
Ps3.begin();
#endif
// Initialize configuration structures using macro initializers
twai_general_config_t g_config = TWAI_GENERAL_CONFIG_DEFAULT((gpio_num_t)CAN_TX, (gpio_num_t)CAN_RX, TWAI_MODE_NORMAL);
twai_timing_config_t t_config = TWAI_TIMING_CONFIG_250KBITS(); //Look in the api-reference for other speed sets.
twai_filter_config_t f_config = TWAI_FILTER_CONFIG_ACCEPT_ALL();
// Install TWAI driver
if (twai_driver_install(&g_config, &t_config, &f_config) == ESP_OK) {
Serial.println("Driver installed");
} else {
Serial.println("Failed to install driver");
return;
}
// Start TWAI driver
if (twai_start() == ESP_OK) {
Serial.println("Driver started");
} else {
Serial.println("Failed to start driver");
return;
}
// Reconfigure alerts to detect TX alerts and Bus-Off errors
uint32_t alerts_to_enable = TWAI_ALERT_TX_IDLE | TWAI_ALERT_TX_SUCCESS | TWAI_ALERT_TX_FAILED | TWAI_ALERT_ERR_PASS | TWAI_ALERT_BUS_ERROR;
if (twai_reconfigure_alerts(alerts_to_enable, NULL) == ESP_OK) {
Serial.println("CAN Alerts reconfigured");
} else {
Serial.println("Failed to reconfigure alerts");
return;
}
}
void loop() {
if (lastMotor + 50 <= millis()) {
lastMotor = millis(); //次の実行のために時間更新
if (BTconnected == true) {
setspeed(ly / -127.00, rx / 127.00);
} else {
setspeed(0, 0);
}
}
}
void setspeed(float y, float x) { // 前後左右回転それぞれを係数と掛けて足す
switch (MotorMode) {
case 0:
MotorGain = 1.0;
break;
case 1:
MotorGain = 6;
break;
case 2:
MotorGain = 8;
break;
case 3:
MotorGain = 10;
break;
case 4:
MotorGain = 16;
break;
}
float motor_l = (y + x) * MotorGain;
float motor_r = (y - x) * MotorGain;
setSpeed(0, motor_l);
setSpeed(1, motor_r * -1);
}
//CAN通信関連
void canSend(int addr, byte* CanData) {
twai_message_t message;
message.identifier = addr;
message.data_length_code = 8;
for (int i = 0; i < 8; i++) {
message.data[i] = CanData[i];
}
// Queue message for transmission
if (twai_transmit(&message, pdMS_TO_TICKS(1000)) == ESP_OK) {
//printf("Message queued for transmission\n");
} else {
//printf("Failed to queue message for transmission\n");
}
}
void setSpeed(uint8_t mID, float speed) { //Control motor by Speed (unit 0.01dps/LSB,1rpm = 6dps)
FLOAT_BYTE_UNION speed_f;
speed_f.value = speed;
int addr = mID << 5 | 0x00D;
byte data[8] = { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 };
for (int i = 0; i <= 3; i++) {
data[i] = speed_f.bytes[i]; //Little endian
}
canSend(addr, data);
}ESP32側のソフトはこんな感じで、以前メカナムラジコンをESP32化したときに使ったスケッチをCAN対応にした感じ。モータドライバ側は前に作ったCAN対応バージョンをそのまま使用している。PIDとかのパラメータはそのまま。
とりあえず低速で動かしてみるとSimpleFOCのキャリブレーションが悪いのか、こんな感じでカクカクしている。無負荷だとスムーズに回っているのでキャリブレーションの問題かも。そういえばvelocity loop PIDはまだいじっていないのでデフォルトだった気も。
通信の負荷の可能性もあったので通信しないで走らせても同じ感じだった。
スピードを上げると少し良くなるのでやっぱりキャリブレーションを見直さないとな…
しかしさすがダイレクトドライブ、タミヤのギアボックスと比べ物にならないぐらい静か。
前回ユニバーサルプレートにジンバルモータを装着したところ、車体が高すぎて前輪のキャスターがつけられなかったのでアダプタを3Dプリントしてもらってきた。
穴は全部2.7mmで貫通。
シームの位置はランダム
この前、スリムタイヤを装着したことによりダイレクトドライブモータユニットが完成したのでこれをタミヤのユニバーサルプレートに装着してみることに。
配線も電源とCAN-BUSなのでパラレルでどんどん繋げられるようなコネクタにすればもうちょっと拡張性が良くなりそう。
ちょっと前にタミヤのスリムタイヤキットを自作してようとしてOリングをアリエクでポチってたんだけどもなかなか届かない…
1週間で届くってなってたんだけども返金申請がようやくできるようになったので返金申請してみた。最終的にアリエクが仲裁に入って返金された。
というわけでOリングをホームセンターで購入してきた。
そんでもって前回設計したホイール部分を3Dプリントしてもらった。Oリングに合わせた形状が細かすぎるとのことで0.2mmノズルを使ってもらった。A1用のアリエクの互換品だけどもなかなか良さそう。
タミヤのユニバーサルプレートに固定できるような穴をモータドライバマウントにつけているのでこれでとりあえず対向二輪の車体を作ることができるかな。
BLDCモータをベクトル制御できるようになったところで、やっぱり車体に搭載して動かしてみたいのでタイヤを作ってみることに。
タミヤのスリムタイヤキットはモータへの負担が小さく駆動率が高いということで、こういったダイレクトドライブモータとの相性が良いと思うんだけど、今回使用したモータに取り付けるのに加工しないといけないので、ホイールごとプリントしてもらえばいいかなと。
ホイールだけプリントしてスリムタイヤのゴムの部分だけ使っても良さそうだけど、実は大きなOリングをそのまま使えないかと言うことでOリングでやってみることに。(大学の時研究室でもOリングをタイヤにしていたし)
Oリングみたいなタイヤはモデル化のときとかに接地面が安定するので…
ということでOリングを使えるようなホイールの3Dモデルを作ってみた。スリムタイヤは横幅3.5mmっぽいのでOリングでも良い所ありそう。P-48だと外経も55mmっぽいしタミヤのスリムタイヤと同じ感じにできそう？
小さいほうがトルクが出そう？ということでP-46のOリングでホイールを設計してみた。
アリエクで線経が4mmで外径が52mmという少し太めのOリングを見つけてしまったのでとりあえず取り寄せてタイヤを作ってみようかな。250円で10本入りっぽいし。
ちなみにこのタイヤをユニバーサルプレートに装着して何かを作ろうとしてもキャスターのサイズが合わないのでキャスターとかも高さを調整する必要がありそう。まぁタミヤのギアボックス用にできてるもんな…
先日作ったFOC対応のBLDCモータドライバはCANトランシーバも積んでいるのでCANに対応させてみた。
#include "SPI.h"
#include "SimpleFOC.h"
#include "SimpleFOCDrivers.h"
#include "encoders/MT6701/MagneticSensorMT6701SSI.h"
#include <EEPROM.h>
#include "stm32f103-can.h"
#define Protocol_Version 0x01
#define Hw_Version_Major 0x00
#define Hw_Version_Minor 0x00
#define Hw_Version_Variant 0x00
#define Fw_Version_Major 0x00
#define Fw_Version_Minor 0x00
#define Fw_Version_Revision 0x00
#define Fw_Version_Unreleased 0x00
#define NODE_ID_DEFAULT 0x000
#define NODE_BC 0x3F
uint16_t nodeID = 0x005;
#define MOTOR_POLE 7
#define CS1 PA15
#define SCK1 PB3
#define MISO1 PB4
#define MOSI1 PB5
#define DRV_EN PB12
#define TX3_SCL2 PB10
#define RX3_SDA2 PB11
#define CAN_RX PB8
#define CAN_TX PB9
#define V_CURR PA0
#define W_CURR PA1
#define U_CURR PA2
#define TEMP PA3
#define VOLTAGE PA4
#define LED_BUILTIN PC13
HardwareSerial Serial3(TX3_SCL2, RX3_SDA2);
SPIClass SPI_1(MOSI1, MISO1, SCK1);
MagneticSensorMT6701SSI sensor(CS1);
InlineCurrentSense current_sense = InlineCurrentSense(0.01, -50 * 4, W_CURR, V_CURR, U_CURR);
BLDCMotor motor = BLDCMotor(MOTOR_POLE);
BLDCDriver6PWM driver = BLDCDriver6PWM(PA8, PB13, PA9, PB14, PA10, PB15, DRV_EN); //W V U EN
typedef union { //IEEE 754 Float
uint8_t uint[8];
float value[2];
} FLOAT_BYTE_UNION;
uint8_t eepromRead(uint8_t reqID) {
uint8_t lastData = 0xFF;
for (uint16_t i = 0; i < EEPROM.length(); i += 2) {
uint8_t dataID = EEPROM.read(i);
uint8_t data = EEPROM.read(i + 1);
//Serial1.println(dataID);
if (dataID == reqID) {
lastData = data;
//Serial1.print("EEPROM Read:");
//Serial1.println(i);
}
if (dataID == 0xFF | dataID == 0x00) {
break;
}
}
//Serial1.print("EEPROM Data:");
//Serial1.println(lastData);
return lastData;
}
void eepromWrite(uint8_t reqID, uint8_t data) {
uint16_t lastID = 0xFFFF;
for (uint16_t i = 0; i < EEPROM.length(); i += 2) {
uint8_t eepromId = EEPROM.read(i);
if (eepromId == 0xFF | eepromId == 0x00) {
lastID = i;
//Serial1.print("EEPROM Write:");
//Serial1.println(i);
break;
}
}
if (lastID == EEPROM.length()) {
lastID = 0;
}
EEPROM.write(lastID, reqID);
EEPROM.write(lastID + 1, data);
}
void CANread() {
if (CANMsgAvail()) {
CAN_msg_t CAN_RX_msg;
CANReceive(&CAN_RX_msg);
uint16_t cmdID = uint16_t(CAN_RX_msg.id & 0x1F);
uint16_t nodeIDrcv = CAN_RX_msg.id >> 5;
CAN_msg_t CAN_TX_msg;
memset(&CAN_TX_msg, 0, sizeof(CAN_msg_t));
CAN_TX_msg.type = DATA_FRAME;
CAN_TX_msg.format = STANDARD_FORMAT;
CAN_TX_msg.id = ((nodeID << 5) | cmdID);
if (nodeIDrcv == nodeID) {
switch (cmdID) {
// case 0x003: //Get Motor Error
// break;
// case 0x004: //Get Encoder Error
// break;
// case 0x005: //Get Sensorless Error
// break;
case 0x006: //Set Axis Node ID
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
uint32_t reqNodeID = CAN_RX_msg.data[0] | CAN_RX_msg.data[1] << 8 | CAN_RX_msg.data[2] << 16 | CAN_RX_msg.data[3] << 24;
//Serial1.println(reqNodeID,HEX);
if ((reqNodeID < 0x3F) && (reqNodeID != eepromRead(1))) {
eepromWrite(1, reqNodeID);
//Serial1.println("nodeID update");
}
}
break;
case 0x009: //Get Encoder Estimates
if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION output;
output.value[0] = motor.shaft_angle;
output.value[1] = motor.shaft_velocity;
memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
}
break;
case 0x00C: //Set Input Pos
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::angle;
target_angle = input.value[0];
}
break;
case 0x00D: //Set Input Vel
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::velocity;
target_angle = input.value[0];
}
break;
case 0x00E: //Set Input Torque
if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION input;
memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
motor.controller = MotionControlType::torque;
target_angle = input.value[0];
}
break;
// case 0x014: //Get IQ
// break;
case 0x015: //Get Temperature(FET IEEE 754 Float, Motor IEEE 754 Float)
if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION output;
output.value[0] = (1.43 - analogRead(ATEMP) * 3.3 / 4095) / 0.0043 + 25;
output.value[1] = analogRead(AVREF);
memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
}
break;
case 0x017: //Get Bus Voltage and Current
if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
FLOAT_BYTE_UNION output;
output.value[0] = analogRead(VOLTAGE) * 3.3 / 4095.0 * 4.0;
output.value[1] = motor.current.q;
memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
}
break;
// case 0x01c: //Get ADC Voltage
// break;
default:
break;
}
}
if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
switch (cmdID) {
case 0x000: //Get Version
CAN_TX_msg.data[0] = Protocol_Version;
CAN_TX_msg.data[1] = Hw_Version_Major;
CAN_TX_msg.data[2] = Hw_Version_Minor;
CAN_TX_msg.data[3] = Hw_Version_Variant;
CAN_TX_msg.data[4] = Fw_Version_Major;
CAN_TX_msg.data[5] = Fw_Version_Minor;
CAN_TX_msg.data[6] = Fw_Version_Revision;
CAN_TX_msg.data[7] = Fw_Version_Unreleased;
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
break;
case 0x001: //Heartbeat Message
CAN_TX_msg.data[1] = nodeID >> 8;
CAN_TX_msg.data[0] = nodeID;
CAN_TX_msg.len = 8;
CANSend(&CAN_TX_msg);
break;
default:
break;
}
}
}
}
float target_angle = 0;
Commander command = Commander(Serial3);
void doTarget(char* cmd) {
command.scalar(&target_angle, cmd);
}
void doMotor(char* cmd) {
command.motor(&motor, cmd);
}
void doAnalog(char* cmd) {
if (cmd[0] == 'T') Serial3.println(analogRead(TEMP));
else if (cmd[0] == 'V') {
Serial3.print("Voltage: ");
Serial3.println(analogRead(VOLTAGE) * 0.0032);
}
};
void setup() {
analogReadResolution(12);
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
Serial3.setTx(TX3_SCL2);
Serial3.setRx(RX3_SDA2);
Serial3.begin(115200);
SimpleFOCDebug::enable(&Serial3);
sensor.init(&SPI_1);
motor.linkSensor(&sensor);
driver.voltage_power_supply = 8;
driver.init();
motor.linkDriver(&driver);
current_sense.linkDriver(&driver);
// control loop type and torque mode
motor.torque_controller = TorqueControlType::foc_current;
motor.controller = MotionControlType::velocity;
motor.motion_downsample = 0.0;
// velocity loop PID
motor.PID_velocity.P = 0.2;
motor.PID_velocity.I = 20.0;
motor.PID_velocity.D = 0.0;
motor.PID_velocity.output_ramp = 1000.0;
motor.PID_velocity.limit = 8.0;
// Low pass filtering time constant
motor.LPF_velocity.Tf = 0.01;
// angle loop PID
motor.P_angle.P = 20.0;
motor.P_angle.I = 0.0;
motor.P_angle.D = 0.0;
motor.P_angle.output_ramp = 0.0;
motor.P_angle.limit = 40.0;
// Low pass filtering time constant
motor.LPF_angle.Tf = 0.0;
// current q loop PID
motor.PID_current_q.P = 1.5;
motor.PID_current_q.I = 15.0;
motor.PID_current_q.D = 0.0;
motor.PID_current_q.output_ramp = 1000.0;
motor.PID_current_q.limit = 5.0;
// Low pass filtering time constant
motor.LPF_current_q.Tf = 0.005;
// current d loop PID
motor.PID_current_d.P = 1.5;
motor.PID_current_d.I = 15.0;
motor.PID_current_d.D = 0.0;
motor.PID_current_d.output_ramp = 1000.0;
motor.PID_current_d.limit = 5.0;
// Low pass filtering time constant
motor.LPF_current_d.Tf = 0.02;
// Limits
motor.velocity_limit = 200.0;
motor.voltage_limit = 5.0;
motor.current_limit = 2.0;
// sensor zero offset - home position
motor.sensor_offset = 0.0;
// general settings
// pwm modulation settings
motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM;
motor.modulation_centered = 1.0;
motor.useMonitoring(Serial3);
motor.linkCurrentSense(¤t_sense);
current_sense.init();
motor.init();
motor.sensor_direction = Direction::CW;
motor.initFOC();
command.add('T', doTarget, "target angle");
command.add('M', doMotor, "motor");
command.add('A', doAnalog, "analog read");
motor.monitor_downsample = 0;
//motor.monitor_variables = 0;
Serial3.println(F("Motor ready."));
Serial3.println(F("Set the target angle using serial terminal:"));
bool ret = CANInit(CAN_250KBPS, 2);//PB8,PB9
nodeID = eepromRead(1);
if (nodeID >= 0x3F) {
eepromWrite(1, NODE_ID_DEFAULT);
nodeID = NODE_ID_DEFAULT;
}
CAN1->FMR |= 0x1UL;
CAN1->FMR &= 0xFFFFC0FF;
CAN1->FMR |= 0x1C << 8;
CANSetFilter(0, 1, 0, 0, ((nodeID << 5) << 21), 0xFC000004);
CANSetFilter(1, 1, 0, 0, ((NODE_BC << 5) << 21), 0xFC000004);
CAN1->FMR &= ~(0x1UL);
_delay(1000);
}
void loop() {
motor.loopFOC();
motor.move(target_angle);
motor.monitor();
command.run();
CANread();
}Odriveのほうもバージョンによってコマンドが変わっていたりするけどとりあえず使いそうなところだけ有効にしてみた。ノードIDはEEPROMに記録するようにした。同じファームを書いてあとからCANでノードIDを書き換えられる。ODriveではモードを切り替えないと現在のモード以外でのコマンドは受け付けないけど、モード切替なしにデータを受け取ったモードに自動で変更するようにしてみた。
CANのライブラリは以前フィルタを試したときに使わせてもらったスケッチと同じように元ネタのstm32f103.inoのsetupとloopを削除して"stm32f103-can.h"として別ファイルにして使用してみた。
いちいちCANでコマンドを入力するのが面倒なので簡易的なPythonツールを作成しようかなと思う。もしくはESP32で直接やってしまったほうが早いかなぁ？
あと通信が切れたときのためにモータの動作を止められるように通信Watchdogをつけておいたほうがいいかもしれないかなぁ。モータが回りっぱなしになってしまうし。
前回ようやく自作のFOCモータドライバでモータを回転させることができたけども、前回の設定だとSimpleFOCのVoltageモードの角度制御だったので、今回はモータのトルクを最大限使用できるようにベクトル制御で動かしてみる。インライン電流センサ3個積んでるのはこのため。(2個でもいけるけど念の為)
VoltageモードでもセンサレスESCに接続して動作確認したときはだいぶトルクが有る感じがした。ちなみにそのままFOC Currentに切り替えたらハンチングですごい振動していた。
スケッチの中でPIDの値をいじるのはちょっと面倒なので、SimpleFOCのチューニングをGUIでできるというSimpleFOCStudioを使ってみた。このツールはPythonで作られているっぽい。PythonはThonnyで実行していたのでThonnyの環境でも実行できるかどうか確認してみた。(Condaとかの環境インストール面倒だったし…
まずはGithubのSimpleFOCStudioから最新のソースコードをZIPでダウンロードしてくる。
解凍したらThonnyでsimpleFOCStudio.pyを開く。Thonnyからシステムシェルを開いて
pip install PyQt5 numpy pyqtgraph
のような感じで必要なライブラリをインストール。あとは実行するだけ。Thonny 4.1.7で普通に動いてしまった。
とりあえずモータドライバに5Vを接続してFOC Currentのチューニングをしてみることに。
まだ電圧上げられそうなので電圧との関係も見ながらチューニングしてみようかな。
モータドライバ用の3Dプリント部品を作ってもらったので、前回組み立てたSimpleFOC モータドライバ基板をモータに組み付けて動かしてみた。
モータとモータドライバ間に挟むアダプタはこんな感じ。9.2mmにしてみた。
モータドライバの裏側にはモータと接続するためのピンヘッダとMT6701を取り付け。MT6701は結局単品で購入するより基板ごと購入したほうが安かったので、144円のI2Cタイプのモジュールを購入して剥がして移植した。
早速ファームウェアを書き込んでみる。
#include "SPI.h"
#include "SimpleFOC.h"
#include "SimpleFOCDrivers.h"
#include "encoders/MT6701/MagneticSensorMT6701SSI.h"
#define MOTOR_POLE 7
#define CS1 PA15
#define SCK1 PB3
#define MISO1 PB4
#define MOSI1 PB5
#define DRV_EN PB12
#define TX3_SCL2 PB10
#define RX3_SDA2 PB11
#define CAN_RX PB8
#define CAN_TX PB9
#define V_CURR PA0
#define W_CURR PA1
#define U_CURR PA2
#define TEMP PA3
#define VOLTAGE PA4
#define LED_BUILTIN PC13
HardwareSerial Serial3(TX3_SCL2, RX3_SDA2);
SPIClass SPI_1(MOSI1, MISO1, SCK1);
MagneticSensorMT6701SSI sensor(CS1);
InlineCurrentSense current_sense = InlineCurrentSense(0.01, -50*4, W_CURR, V_CURR, U_CURR);
BLDCMotor motor = BLDCMotor(MOTOR_POLE);
BLDCDriver6PWM driver = BLDCDriver6PWM(PA8, PB13, PA9, PB14, PA10, PB15, DRV_EN); //W V U EN
float target_angle = 0;
Commander command = Commander(Serial3);
void doTarget(char* cmd) { command.scalar(&target_angle, cmd); }
void doMotor(char* cmd) { command.motor(&motor, cmd); }
void setup() {
analogReadResolution(12);
pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);
digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);
Serial3.setTx(TX3_SCL2);
Serial3.setRx(RX3_SDA2);
Serial3.begin(115200);
SimpleFOCDebug::enable(&Serial3);
sensor.init(&SPI_1);
motor.linkSensor(&sensor);
driver.voltage_power_supply = 8;
driver.init();
motor.linkDriver(&driver);
current_sense.linkDriver(&driver);
motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM;
motor.controller = MotionControlType::angle;
motor.PID_velocity.P = 0.2f;
motor.PID_velocity.I = 20;
motor.voltage_limit = 8;
motor.LPF_velocity.Tf = 0.01f;
motor.P_angle.P = 20;
motor.velocity_limit = 40;
motor.useMonitoring(Serial3);
motor.linkCurrentSense(¤t_sense);
current_sense.init();
Serial3.print("current_sense.gain:\t");
Serial3.print(current_sense.gain_a);
Serial3.print(", ");
Serial3.print(current_sense.gain_b);
Serial3.print(", ");
Serial3.println(current_sense.gain_c);
Serial3.print("current_sense.offset_i:\t");
Serial3.print(current_sense.offset_ia);
Serial3.print(", ");
Serial3.print(current_sense.offset_ib);
Serial3.print(", ");
Serial3.println(current_sense.offset_ic);
motor.init();
motor.initFOC();
command.add('T', doTarget, "target angle");
command.add('M', doMotor, "motor");
//motor.monitor_downsample = 0;
//motor.monitor_variables = 0;
Serial3.println(F("Motor ready."));
Serial3.println(F("Set the target angle using serial terminal:"));
_delay(1000);
}
void loop() {
motor.loopFOC();
motor.move(target_angle);
motor.monitor();
command.run();
}前回モータをテストしたときのスケッチを今回自作したモータドライバ基板用に少し編集した。電源電圧測定回路とか大丈夫かテストするときに気がついたんだけど、デフォルトでADCが10bitで動いてるっぽかったのでanalogReadResolution(12);をしておいた。そうするとInlineCurrentSenseで電流値が4倍に見えてしまうようになったのでInlineCurrentSenseのところでオペアンプのゲインのところを4倍に設定したら電流がうまく表示されるようになった。
とりあえず角度モードでモータが回ったので次はそれぞれの設定値をチューニングしないと。モータの温度を測定できるようにNTCサーミスタがつけられるようなパッドを用意していたんだけど、思ったより発熱しないのでいらないかも？やっぱりセンサレスESCでオープンループで動かすのとぜんぜん違うな…
というわけで先日届いた基板用の部品がある程度届いたので実装してみた。けっこう大変だった。
部品はほぼアリエクで手配した。一部前に秋月で購入していた部品を使用してる。
MT6701は基板に実装されたやつに磁石まで付属してるほうが安かったので剥がして使う予定。(144円だった)
デバッグコネクタ(SHコネクタの3Pin)がまだ届いてないので書き込みができないんだけども、とりあえず電源を入れて3.3Vが生成されていることを確認できた。INA240A2からも1.68Vぐらい出ているのでとりあえず0Aで真ん中ぐらいで出力ができていることを確認できた。
ちなみにTPS63070は2.8Vぐらい入れないと3.3Vが生成されなかった。一旦起動したら下げても大丈夫なんだけどやはりアリエクから購入したICは怪しい気がする。(STM32F103もなんかハンダコーティングされてたから使用済み品？)
まぁとりあえず色々と安く手に入っているので動けばいいのだけれども…
この前BluepillとSimpleFOC miniでジンバル用モータを動かすことができたんだけど、電流センサをつけないとFOC制御とは呼べないと思うので電流センサも内蔵させた基板を起こしてみることに。電流センサつけなくても普通のセンサレスESCを使って駆動するよりは断然低発熱でパワーが出ているんだけどもFOCも試したいし、SimpleFOC miniも8V以上ってことでもうちょっと低い電圧から動かしたいし。
巷でよくある、モータの後ろにそのまま取り付けできるような、角度センサも内蔵したモータドライバ基板を作ってみたかったし。
とりあえずKiCadの最新版を入れて、足りないフットプリントはRSのライブラリを使用してみた。
部品構成としてはマイコンはBluepillと同じSTM32F103CBT6、モータドライバはより低電圧から動作できるようにTMC6300、角度センサはこの前試したMT6701、電流センサはINA240にしてみた。
電流センサは最初ACS712がSimpleFOCフォーラムでも3.3Vでも見れる範囲は小さくなるけど一応動くということで手軽でいいなと思っていたんだけど、ホールエフェクト電流センサの近くに磁気エンコーダはまずいかな？と思ってシャント抵抗にした。
インライン電流センスにしたのでINA180でも良かったかもしれないけどINA240のTSSOP-8なら下にパターン通せるし。
電源回路はTMC6300の動作範囲にできるだけ合わせたかったのでTPS63070にしてみた。ESP32でブラシ付きモータ動かしてたときみたいに昇降圧にしておけば電圧下がってもリセットしにくいかなと。モータのトルクがどのぐらい出せるかわからないけど乾電池動作も可能かも。
ついでにこのモータドライバを複数枚使いたいときにCAN使えたらいいなと思ってCANトランシーバも乗っけてみてたり。最初はSimpleFOCのモニタとかをそのまま通せるようにRS-485にしようと思って設計していたんだけど、STM32F103にはRS-485 ModeがなかったのでGPIOでやるのも送信完了の処理が面倒そうだったのでやめた。CANトランシーバも思ったよりやすかったし。
前回2804 220KVモータにMT6701を取り付けて角度を検出できるようになったので、次はDRV8313を使用して回してみた。FETとゲートドライバ内蔵の3相モータドライバICでこのクラスのモータなら簡単に回すことが可能とか。同志から借りてきた。
これでArduinoからSimpleFOCライブラリを使って簡単にベクトル制御が試せるっぽい。
マイコンにはBluepillを使用してみた。STM32F103はモータを回すためのタイマとかも充実しているような感じっぽいけど、今回は3PWMなのであんまり関係ないかも。6PWMでコンプリメンタリタイマを使ったり、同期でローサイドの電流測ったりするなら良いかもしれない。
#include "Arduino.h"
#include "SPI.h"
#include "SimpleFOC.h"
#include "SimpleFOCDrivers.h"
#include "encoders/MT6701/MagneticSensorMT6701SSI.h"
#define CSN1 PA15
#define CLK1 PB3
#define MISO1 PB4
#define MOSI1 PB5
SPIClass SPI_1(MOSI1, MISO1, CLK1);
MagneticSensorMT6701SSI sensor(CSN1);
BLDCMotor motor = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(PB6, PB7, PB8, PB5);
float target_angle = 0;
Commander command = Commander(Serial);
void doTarget(char* cmd) { command.scalar(&target_angle, cmd); }
void setup() {
Serial.begin(115200);
SimpleFOCDebug::enable(&Serial);
sensor.init(&SPI_1);
motor.linkSensor(&sensor);
driver.voltage_power_supply = 8;
driver.init();
motor.linkDriver(&driver);
motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM;
motor.controller = MotionControlType::angle;
motor.PID_velocity.P = 0.2f;
motor.PID_velocity.I = 20;
motor.voltage_limit = 8;
motor.LPF_velocity.Tf = 0.01f;
motor.P_angle.P = 20;
motor.velocity_limit = 40;
motor.useMonitoring(Serial);
motor.init();
motor.initFOC();
command.add('T', doTarget, "target angle");
Serial.println(F("Motor ready."));
Serial.println(F("Set the target angle using serial terminal:"));
_delay(1000);
}
void loop() {
motor.loopFOC();
motor.move(target_angle);
command.run();
}この前購入した2804 220KV用にSSI接続化したMT6701センサ基板を取り付けられるような3Dプリント部品が出来上がってきたので早速組み立ててみた。
今回はM2x6で全部組み立てられる設計。センサ側は穴を少し小さめにしておいたので無理やりM2ネジをねじ込んでねじ切っておいた。バリが出たのでカッターで少し面取り。
#include <SimpleFOC.h>
#include <SimpleFOCDrivers.h>
#include <encoders/mt6701/MagneticSensorMT6701SSI.h>
SPIClass SPI_1(PB5, PB4, PB3); // MOSI, MISO, SCK
#define MT6701_CS PA15 //CS
MagneticSensorMT6701SSI sensor = MagneticSensorMT6701SSI(MT6701_CS);
void setup() {
Serial.begin(115200);
sensor.init(&SPI_1);
}
void loop() {
sensor.update();
float angle = sensor.getSensorAngle();
float degrees = angle * (360.0 / (2 * PI));
Serial.print("Angle (rad): ");
Serial.print(angle, 4);
Serial.print(", (deg): ");
Serial.println(degrees, 2);
delay(200);
}このライブラリはSimpleFOCをMT6701のようないろんな磁気エンコーダに対応できるようなライブラリで、MT6701にも対応している。このライブラリを使用して角度を表示できるようなスケッチでまずはセンサの動作確認をしてみた。MOSIは未使用なので、基板のシルクでいうとSDAにMISOを、SCLにSCKを、PWM/AnalogピンはパターンカットしてCSに接続しているのでCSに接続、VCCは3.3Vを使用。
SimpleFOCでは角度はラジアンで扱っているのでわかりやすいように度になおして表示してみた。ちゃんと一周で360度になるので大丈夫そう。
とりあえずセンサの動作確認ができたので次回はモータドライバを接続してSimpleFOCで回せるようにしてみたい。
AliExpressを見ていたらジンバル用モータが安く売っていたので購入してみた。2804の220KVらしい。
