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基于SimpleFOC官方开源的动量轮倒立摆项目,低成本化和小型化后应用在DengFOC上

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ToanTech/Inverted_Pendulum_DengFOC

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DengFOC动量轮倒立摆项目

DengFOC动量轮倒立摆是基于SimpleFOC官方开源的动量轮倒立摆项目,低成本化和小型化后应用在我开源的DengFOC双路无刷电机驱动器上的DengFOC配套项目。

项目完全开源,你可以根据本Github内容自行白嫖,或者,支持一下灯哥的辛勤劳作,进入灯哥开源TB店购买DengFOC动量轮倒立摆套件,一键配齐。

DengFOC动量轮倒立摆套件--链接猛击(进店后在 所有宝贝 处可找到)

image1

1 视频教程

配套本开源项目,灯哥精心制作了全组装过程视频教程算法原理课,请点击查看:

1 DengFOC动量轮倒立摆--效果展示和机械组装

2 DengFOC LQR无刷动量轮倒立摆算法原理和DIY实现

2 接线

只要你手头有一块DengFOC V3(你可以在TB搜索灯哥开源进入店铺购买,或根据DengFOC开源仓库的开源资料自制)就可以快速搭接出此项目,项目供电默认电压为16.8V,除DengFOC外,其它电子元器件主要由一个2204无刷电机,两个as5600编码器组成。其接线表格如下:

零件 接线位置
2204电机 DengFOC M0位置
电机端AS5600 SDA0,SCL0,3V3,GND
摆杆端AS5600 SDA1,SCL1,3V3,GND

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3 零件制造

倒立摆的主要零件为3D打印,下载文件夹中的图纸,全100%密度打印即可。

其它零件全部可以在开源文件夹中的"bom表"找到。

4 下载程序

下载项目文件夹中的DengFOC_Inverted_Pendulum.ino程序,用Arduino IDE打开,用串口连接DengFOC,即可按照与一般Arduino一致的方法上传。

5 调试

5.1 初值指定

完成下载程序后,需要对动量轮倒立摆的初始角度进行标定。标定前,首先确保倒立摆处于下垂状态,如图所示:

image1

接着,注释掉程序中的语句,以确保上电电机不会运动:

motor.move(target_voltage);

完成注释后,对DengFOC控制器上电,并按下板子上的“复位”按钮,在电机校准后,Arduino IDE的串口调试器会输出一连串的数值,这就是我们需要的倒立摆初始角度,记录下这个角度,替换掉如图所示的数字3.83:

image1

完成替换后,取消motor.move(target_voltage);这一句代码的注释,使得电机能够运动,重新上传程序,并上电复位,此时倒立摆应该就能正常运转。

5.2 LQR参数整定

一般情况下,LQR控制器的三个参数(即 adjust_ang、 adjust_p_vel 、 adjust_motor_vel)是不需要调节的,只需要采用和我一样的电机,按照我的打印密度打印零部件,就不需要调整这三个参数。然而,如果你更换电机,亦或者动量轮的打印密度和我的不一样,那么你需要重新调节这三个参数,才能实现稳定。

由于我在程序里做了串口快速调节的部分,因此调节的方法非常简单,下面是调节方法:

(1)如果你需要调节倒立摆角度稳定的LQR参数:

在Arduino IDE的串口监视器中输入:"A+参数 "即可,如把参数调节到"40"则输入A40

(2)如果你需要调节倒立摆角速度的LQR参数:

在Arduino IDE的串口监视器中输入:"P+参数 "即可,如把参数调节到"5"则输入P5

(3)如果你需要调节倒立摆电机速度的LQR参数:

在Arduino IDE的串口监视器中输入:"M+参数 "即可,如把参数调节到"0.01"则输入M0.01

6 其它注意事项

如果更换为其他电机,需要重新设置电机极对数

如果自稳效果与倾倒方向相反,证明电机三相线接反,导致电机转向接反,调换三相线中其中两根即可

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