ODrive踩坑电机和编码器参数配置校准位置闭环模式转动电机

Posted 2021-06-27 Mark_md

ODrive对无刷电机进行闭环控制，需要提前获取电机和编码器的参数。

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电机极对数

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电机需要配置的参数为 极对数、最大电流、校准电流、电机类型。其他参数如相电阻、电感等可由驱动器自动测量。

极对数 = 极数/2，极数 = 电机转子的磁铁个数。
我选用的DJI-3512电机，极对数为7。

借用张店家的图，其中右侧为转子，上面分布着14颗磁铁，则极数为14，极对数为7。

电机电流不清楚。以前DJI还卖散装电机的时候，官网是有电机的参数页的，现在统统下架了。不过看这粗壮的铜线，20~30A应该还是有的。

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编码器分辨率（线束）

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编码器我使用的是 TLE5012B-E1000，是一款磁编码器，支持SPI接口和ABI接口两种输出方式。与ODrive的连接使用ABI接口。

当 TLE5012B-E1000 的输出方式为ABI时，其默认分辨率为12位，即4096线/圈。

参阅 ODrive 在线文档，CPR值应为PPR值的4倍。

所以我的CPR要设置为 4096x4 = 16384。
（CPR：每转一圈，ODrive的编码器计数）
（PPR：每转一圈，编码器输出的脉冲数（线数））

为什么是4倍？因为ODrive的主控MCU是stm32，编码器计数使用Timer的编码器模式，输入捕获配置为同时捕获AB两相的上升/下降沿，即为 4个计数/pulse。

为了验证上面说的对不对，打开odrivetool。

使用odrv0.axis0.encoder.shadow_count指令，查询编码器计数。

查询当前编码器计数，计数值为 20774。
接着将电机转子记上记号，用手拨动一整圈，再次查询为 37163。

那么应设置的CPR值为 37163 - 20774 = 16389 ≈ 16384。

有些误差很正常，毕竟不能保证电机每次都转到相同的位置。但记住CPR = 编码器线束 * 4。

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知道了电机和编码器的大致参数，下面使用调试工具对控制器进行配置。

推荐两个视频教程：
创客基地 ODrive视频教程（过于详细，从入门到退坑）
灯哥 ODrive视频教程（拖更严重）

关于巨磁阻磁编码器原理，及如何用TLE5012B构成一款伺服电机的博文。
TLE5012B 磁编码器原理

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接线、上电

• 电机编码器连接右侧的接口，电机三根线接在M0位置。

• 主电源插电，USB连电脑。AUX端口上的制动电阻可以不接。
  
  

• cmd打开命令行窗口，启动odrivetool，确认连接。

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一、电机校准前的配置

1.1、恢复出厂配置

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问过了驱动器的卖家，出厂的固件为v0.5.1，有参数。适配自己的电机时，需要先恢复出厂配置。

# 恢复出厂配置
odrv0.erase_configuration()

这期间，ODrive会断连一次并自动重新连接电脑。

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1.2、配置主板参数

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• 限制参数主要用于保护主板、电机不会受损，包括最大电流、保护电压等参数。
• 根据自己适配的电机，酌情调整大小。

# 配置AUX接口上的制动电阻值（常见的为0.47、2.0Ω），如没接则配置为0
odrv0.config.brake_resistance = 0

# 配置低压保护阈值（V）
odrv0.config.dc_bus_undervoltage_trip_level = 8.0

# 配置高压保护阈值（V）
odrv0.config.dc_bus_overvoltage_trip_level = 56.0

# 配置过流保护阈值（A）
odrv0.config.dc_max_positive_current = 50.0

# 配置反向电流阈值（电机制动产生的反向电流）（A）
odrv0.config.dc_max_negative_current = -5.0

# 配置回充电流值（根据供电电池的参数配置，开关电源供电配置为0）（A）
odrv0.config.max_regen_current = 0

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

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1.3、配置电机参数

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# 配置电机0极对数，根据博客开篇的介绍，自己去数磁极个数，然后/2
odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 7

# 配置电机0的限制电流（A）
odrv0.axis0.motor.config.current_lim = 35

# 配置电机0的电流采样阈值（A）
odrv0.axis0.motor.config.requested_current_range = 60

# 配置电机0校准时的电流阈值（根据自己电机的负载状况酌情配置）（A）
odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 10

# 配置电机0类型。
# 目前支持两种电机：大电流电机（MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT）和云台电机（MOTOR_TYPE_GIMBAL）
odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

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1.4、配置编码器参数

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# 配置电机0编码器类型。当前使用的是ABI正交（增量）编码器。
odrv0.axis0.encoder.config.mode = ENCODER_MODE_INCREMENTAL

# 配置电机0编码器CPR（每转一圈，编码器的计数），为编码器线束*4，博客开篇有讲
odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 16384

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

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1.5、配置控制器参数（位置闭环模式、配置PID参数）

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# 配置电机0控制模式，为位置闭环控制
odrv0.axis0.controller.config.control_mode = CONTROL_MODE_POSITION_CONTROL

# 配置电机0最大转速（转/秒）（电机kv值 * 电压 / 60）
odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 120

# 配置位置环增益：20
odrv0.axis0.controller.config.pos_gain = 20

# 配置速度环增益：0.05
odrv0.axis0.controller.config.vel_gain = 0.05

# 配置积分增益：0.02
odrv0.axis0.controller.config.vel_integrator_gain = 0.02

# 配置输入模式为：梯形轨迹模式
odrv0.axis0.controller.config.input_mode = INPUT_MODE_TRAP_TRAJ

# 配置梯形模式下的电机转速阈值（转/秒）
odrv0.axis0.trap_traj.config.vel_limit = 50

# 配置梯形运动模式下的加速加速度
# 数值大小影响动作跟随效果，大则跟随快；小则跟随慢。
odrv0.axis0.trap_traj.config.accel_limit = 10

# 配置梯形运动模式下的减速加速度
# 数值大小影响动作跟随效果，大则跟随快；小则跟随慢。
odrv0.axis0.trap_traj.config.decel_limit = 10

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

# 重启驱动器
odrv0.reboot()

上述配置完成后，会重启控制器，留意最后一条指令。

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二、电机和编码器校准

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电机和编码器校准，可以分为两条指令单独做，也可以用一条指令一起做。

分开做：（分开做和一起做只选择一组进行操作即可）

# 进行电机参数校准（运行后电机会发出哔~的一声）
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_MOTOR_CALIBRATION

# 设置电机预校准。（不用每次上电都哔~的一声）
# 驱动器会将本次校准值保存，避免上电启动后自动校准，以加快启动速度。
odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True

# 进行编码器校准（运行后，电机会正转一圈再反转一圈）
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_ENCODER_OFFSET_CALIBRATION

一起做：

# 进行电机参数和编码器校准（运行后电机会发出哔~的一声，并电机会正转一圈再反转一圈）
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE

# 设置电机预校准。（不用每次上电都哔~的一声）
# 驱动器会将本次校准值保存，避免上电启动后自动校准，以加快启动速度。
odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True

之后进入闭环模式：

# 配置电机为闭环模式
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL

进入闭环模式后，电机会有轻微的滋滋电流声。用手扭动电机，电机会产生反抗的力矩，松手后，电机会转回原来的位置。

如手拨后，如电机未回到原来位置，或在原来位置反复运动，或者能明显感受到过冲，都需要重调1.5章节的PID参数。

最后设置为上电自动校准，自动进入闭环。

# 设置ODrive上电启动时，自动校准编码器
odrv0.axis0.config.startup_encoder_offset_calibration = True

# 设置ODrive上电启动时，自动进入闭环模式
odrv0.axis0.config.startup_closed_loop_control = True

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

# 重启驱动器
odrv0.reboot()

重启后，电机会自动进行编码器校准，正转一圈反转一圈归位，并自动进入闭环模式。

之后可直接发送控制指令，来让电机运动。

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三、下发控制指令、控制电机运行

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发送控制指令，控制电机的旋转位置。

# 控制电机运行到100圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 100

# 控制电机运行到0圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 0

# 控制电机运行到-100圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = -100

# 释放电机（释放后，电机退出闭环模式，外力可轻松拨动电机）
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_IDLE

# 配置电机为闭环模式
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL

释放电机后，用手可拨动电机到任意位置。
重新进入闭环模式，电机并不会返回原来位置，请放心操作。

定位效果很好，迅速且精准。

现在的PID只是根据手感进行的粗调，略微偏软，抽空结合GUI工具进行细调，期望钉钉子的效果。
（主要是内环速度P略微一高就震荡，不敢加高。不过也可能和我没有把磁编码器的磁铁与电机轴固定好有关，现在只是让径向磁铁吸附在电机轴上，并没有用胶水固定，兴许震荡的原因和这个有些关联）

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上面的操作和指令同样适用于电机1，只要将 axis0 替换为 axis1。

另外命令行与终端是一样的，用键盘上下键，可快速切换到上/下一条指令。

1.5章节的PID，是我根据自己的电机调试的，并不一定适合其他电机，可能会引发震荡。
如控制效果不理想，请重调PID。细调PID需要GUI工具，来绘制位置/速度/电流的波形，作为PID调整的参考。详见下一节。