电机调速控制模块说明文档

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• 概述
• 本电机控制模块是用于精确控制直流无刷电机运行、以及转速的关键组件，它能够实现对电机的启动、停止、调速、转向等操作，并提供多种保护功能，以确保电机的安全稳定运行。

驱动方式：支持方波驱动以及foc驱动（磁场定向控制）

二、技术参数

1. 输入电源：[具体电压范围]

驱动工作电压范围为 12V-48V，超过 36V建议减少热插拔；

1. 最大相电流：[具体功率范围]

即能采样的最大电流的 80%。建议此值不要超过 98%。（目前还没有确定）

1. 调速范围：[具体调速范围]

输出端转速=ERPM/极对数/减速比     最高转速=0.57735*（电源电压/（极对数*减速比*转子磁链）

三、硬件组成：

主控部分：主要包括MCU STM32F405RGT6（最小系统微控制单元），外设主要有测温模块、无线通讯接口模块、编码器接口模块、USB驱动模块、ADC电压采集模块、CAN通讯模块TJA1051T、显示屏模块N096-1608TBBIG11-H13。

驱动组成：栅极驱动控制器DRV8301DCAR，AD8418WBRZ电流采集模块、半桥驱动模块IPT007N06N

供电组成：主控供电12v-5v-3.3v采用TPS5430DDAR参考电路，电机供电24v，采集电流模块采用独立3.3v供电。Tips：后续针对不同外设提供单独文档

四、应用场景：

（双足机器人）

（四足机器人）

（双足轮机器人）

（线驱机械臂）

（外骨骼机器人）

（云台相机）

五、使用说明

产品主要使用方式是通过上位机来VESC tool控制，也可使用其他家或自行开发

材料准备：

烧录器（ST-LINK）、可调电源、无刷电机一个（有感和无感电机），编码器控制板一块、准备1条TYPEC数据线，电机供电香蕉头以及高温线特软硅胶线12AWG(红，黑）XT60接口以及线

连接上位机需要下载USB驱动，

接下来进行固件烧录，该过程需要烧录两个固件，一个叫Bootloader固件,一个叫APP固件，Bootloader是用来烧录APP应用程序的，每次STM32上电，都要执行Bootloader程序，然后才执行APP固件内部的应用程序。

上电前进行测试：

将VESC的电源输入连接至直流可调电源（没有可调电源，直接接电池也行，就是有些危险），将可调电源设置为12V限流200ma,限制电流的目的是为了防止电机控制板爆炸冒烟 ，以防万一还要用万用表量一量电源输入两端是否短路，5V和GND之间是否短路，3.3v和GND之间是否短路确认没问题后才可以上电。

Tips：上位机控制软件控制可参考官方控制文档（这步最重要）

第一次校准是查看电机是否可以自由转动，调试时先解决空载状态下得校准

【通用设置】
①电机方向设置invert motor direction，若配置后发现电机输出端方向正反不对，可通过更改此参数实现反向。

②电机端传感器设置sensor port mode，若电机端的位置传感器为磁编码器，则选择AS5047 encoder，若电机使用的是线性霍尔，则选择Sin/Cos，若电机是开关霍尔，则选择Hall sensor以此类推。

【电流设置】

DRV8301参数保持16，然后根据不同电机的性能不同，选择不同范围的相电流和母线电流，目前产品最新设置情况如下：

【转速范围设置】

转速范围设置的是电转速范围，电转速、电机实际转速、减速后的转速之间的关系如下：

电转速=电机实际转速*电机极对数

减速后的转速=电机实际转速/减速比=电转速/(电机极对数*减速比)

这里设置的最大电转速是电机处于60V时的转速，获取办法如下：可先随意设置一个较大的值，如100000erpm，然后按后续步骤配置到电机编码器校准，然后控制电机的电流环，使电机转速达到最大（95%），然后记录此时使用的电压V，电机电转速W，则最大电转速=W*60/V/0.95

【高级设置-Advance】
更改最小占空比为0%，更改热敏电阻阻值为3380k

【FOC设置】

校准电机的电阻、电感，磁链等参数。第六步是下载保持电机参数。

【电机控制参数配置】

Ki  kp  kd

【输出端编码器校准】

1、在terminal输入框输入get_enc_cal_val 180 2。
2、电机电机占空比模式20%（或10%，15%）转动电机。

3.可以点击页面Realtime Data——rotor position——encoder，观看编码器数据，若是编码器没有锋刺，即可停止。

4.停止：在terminal输入 get_enc_cal_val 180 3，电机即停止。

全部连接完成后通过上位机观察电压、电流是否正常，转速以及温度是否正常，是否可以完成编码器校准，能否通过指令完成控制。

六、CAN 通信

电机完成校准、标定以及参数设置后，即可以使用，控制使用 CAN 标准帧

格式，固定波特率为 1Mbps，按功能可分为接收帧和反馈帧，接收帧为接收到的

控制数据，用于实现对电机的命令控制；反馈帧为电机向上层控制器发送电机的

状态数据。根据电机选定的不同模式，其接收帧帧格式定义以及帧 ID 各不相同，

但各种模式下的反馈帧是相同的。

七、如果电机无法启动，或者启动异常可参考

1.首先需排除电机线圈是否烧毁，齿轮是否卡死：

电机断电状态下，手动转动电机输出端，若在转动过程中有明显的阻尼，则电机线圈烧毁概率最大；若输出端完全无法转动以及转动过程中有异常的齿轮摩擦异响，则说明减速齿轮部分有问题。

2.其次判断电机硬件驱动是否损坏。常见硬件问题有：电机DRV损坏，电机固件丢失，电源短路，CAN通信失败等问题。（上位机会直接显示工作状态）

   电机DRV损坏特征：电机测试过程中，无论发送任何控制指令，电机都无法转动，连接上VESC上位机时能看到报错信息。

   电机固件丢失：此问题出现的概率很低，出现现象是：电机上电以后，红色LED指示灯常亮。正常情况下红色LED灯不会亮，只要红色LED亮了，就说明电机有问题了，但是具体问题不一定固件丢失，需要进一步分析。

   电源短路：这种情况大概率是焊接电源线的时候有焊锡锡珠把电源短路了，电源焊盘连锡等问题。

   CAN通信失败：在假设参数配置没问题的情况下，先检查电源板和驱动板CAN排针连线处是否正常，可用万用表测量连线是否有断路，以及CANH之间CANL是否短路。

3．初步判断硬件与机械结构没问题的情况下，检测软件参数是否正确。

   首先连接电机，上传电机参数，然后测试基本的控制模式。测试一台新电机，第一步一定要先上传电机参数，以免忘记导致默认参数将电机参数覆盖。上传电机参数的两个按键建议多点几次，防止上传失败。

   电机参数上传成功后，可点击占空比模式等测试电机是否能正常转动。若转动异常及时点击STOP按钮，使电机停下来。则说明电机参数配置有问题或驱动有一定概率有问题。

八、注意事项

本产品使用应该远离强磁环境，否则会影响电机编码器数据，造成电机转动异常！本产品使用应保证其稳定在 70℃以内，超过 70℃电机会警报，超过 100℃电机会强行宕机，进入待机状态，无法进行控制，待温度正常后恢复正常。本产品在大扭矩工作状态时，会产生较多热量，注意避免被烫伤。本产品在调试或工作时，应保证外壳被固定。注意接线牢固，避免接触不良。冬天天气干燥，注意静电干扰，避免损耗驱动。

• 后续

1.是验证所有硬件功能，（包括驱动移植部分验证屏幕，can通讯模块、编码器模块验证）

自己可以完成

2.是基于CAN通讯的三种模式开发力位混控制、伺服位置控制模式、伺服位置控制模式

电流力矩控制模式、电机刹车模式

自己完成不了

3.是完成电机参数实测，功耗实测，负载实测

电压 V
母线电流 A
输出功率 W
扭矩 Nm
转速 rpm
相电流 A
效率
扭矩/相电流

附录部分重要参数说明

电机参数

1.相电阻（R）

相与相之间的电阻值，单位为 mR

2.相电感（L）

相与相之间的电感值，单位为 uH

3.磁链（λ）

永磁体磁场磁链值，单位为 Wb

4.粘滞系数

电机的粘滞系数，仅供参考使用，未使用到，单位为 N*m*s/rad

5.转动惯量

电机的转动惯量，辨识时尽量保持空载，单位为 kg*m^2

驱动参数

1.极对数

电机转子的极对数

2.减速比

外接齿轮箱的减速比，表明电机经过多少的减速进行输出

3.CAN ID

用于 CAN 通讯的电机标识 ID，最终发送使用的要根据模式附

加偏移值

4.CAN 通讯超时周期数设置，计量单位为 50us

加速度

5.电机加速度设定值，单位 Krad/s^2

减速度

6.电机减速度设定，单位 Krad/s^2，尽量与加速度值一致

7.限速

电机的理论最大速度，为系统计算值，如有减速箱，此值为减

速前的值，单位 rad/s

8.过流

电机相电流峰值的过流限定百分比值