简介

SimpleFOCmini无刷直流电机驱动板只需接入控制信号和电机UVW三相线，即可实现BLDC电机的位置、速度、力矩的开/闭环控制，支持SPWM和SVPWM控制算法，不支持传统6步换向控制算法。搭配三相直流无刷电机可通过SimpleFOC开源库快速上手，兼容Arduino、ESP32、树莓派等开发板。

FOC是什么？
FOC (Field-Oriented Control，磁场定向控制)，也被称作矢量控制(Vc，Vector control)，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最优方法之一。FOC旨在通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。

FOC的优势:
1.低转速下控制
由于控制原理的区别，无刷电调只能控制电机，工作在高转速下，低速下很难控制；而FOC控制器则完全没有这个限制，不论在什么转速下都可以实现精确控制。
2.电机换向
同上面的理由，由于无感电调无法反馈转子位置，因此很难实现电机正反转的换向；而FOC驱动器的换向性能极其优秀，最高转速下正反转切换可以非常顺畅；此外FOC还可以以能量回收的形式进行刹车控制。
3.力矩控制
普通电调都只能控制电机转速，而FOC可以进行电流(力矩)、速度、位置三个闭环控制。
4.噪音
FOC驱动器的噪音会比电调小很多，原因是普通电调采用方波驱动，而FOC是正弦波。

特性

• 支持FOC控制
• 电源防反接功能
• 兼容Arduino、ESP32、树莓派等开发板

技术规格

• 输入电源电压：8-30V
• 每路最高输出电流：2.5A
• 板载3.3 LDO输出：最大电流10mA，最大PWM频率200kHz
• 控制信号兼容性：3.3V/5V
• 尺寸：26*21.5mm

引脚示意图

尺寸图

接入Arduino使用教程

硬件准备

• Arduino UNO R3开发板 x1
• Arduino UNO IO 传感器扩展板 x1
• SimpleFOCmini无刷直流电机驱动板 x1
• 4015无刷直流电机（FIT1036）或FIT1034、FIT1035 x1
• 单pin杜邦母头连接线 x5

软件准备

• 下载Arduino IDE： 点击下载Arduino IDE
• 下载Arduino_FOC库，该库包含BLDC电机的位置、速度、力矩的开/闭环控制，Arduino\ESP32开发板皆支持，需根据电机参数，调试代码内的各项参数。

硬件连接

演示代码

/**
 *
 * Position/angle motion control example
 * Steps:
 * 1) Configure the motor and magnetic sensor
 * 2) Run the code
 * 3) Set the target angle (in radians) from serial terminal
 *
 */
#include <SimpleFOC.h>//一定要加载这个库

MagneticSensorI2C sensor = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);//采用I2C通信，将AS5600的SDA、SCL引脚与ESP32对应的SDA、SCL连接，就无须定义引脚了，如果要用其他引脚也可以，但是需要重新定义

// BLDC motor & driver instance
BLDCMotor motor = BLDCMotor(11);//2804、2208电机的极对数为7，4015电机的极对数为11
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9,10,11,8);//PWM引脚为9，10，11，使能引脚为8，foc板与开发板接线要对应

float target_angle = 0;//定义角度变量，也可以是扭矩，也可以是速度
// instantiate the commander
Commander command = Commander(Serial);//使用串口发送命令
void doTarget(char* cmd) { command.scalar(&target_angle, cmd); }

void setup() {//初始化

  // initialise magnetic sensor hardware
  sensor.init();//传感器初始化
  // link the motor to the sensor
  motor.linkSensor(&sensor);//电机连接传感器

  // driver config
  // power supply voltage [V]
  driver.voltage_power_supply = 12;//驱动器连接的电源电压
  driver.init();//驱动器初始化
  // link the motor and the driver
  motor.linkDriver(&driver);//电机连接驱动器

  // choose FOC modulation (optional)
  motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM;//采用PWM方式驱动

  // set motion control loop to be used
  motor.controller = MotionControlType::angle;//角度模式

  // velocity PI controller parameters
  motor.PID_velocity.P = 0.05f;//速度P值，这个值不能填太大，否则容易抖动
  motor.PID_velocity.I = 0.02;//这个值越大，响应速度会慢下来
  motor.PID_velocity.D = 0;
  // maximal voltage to be set to the motor
  motor.voltage_limit = 6;//限制电压最大值，这个值一般为电源电压的一半

  // velocity low pass filtering time constant
  // the lower the less filtered
  motor.LPF_velocity.Tf = 0.01f;//滤波

  // angle P controller
  motor.P_angle.P = 20;//位置PID的P值
  // maximal velocity of the position control
  motor.velocity_limit = 15;//限制最大速度，弧度/秒

  // use monitoring with serial
  Serial.begin(115200);//打开串口
  // comment out if not needed
  motor.useMonitoring(Serial);//


  // initialize motor
  motor.init();//电机初始化
  // align sensor and start FOC
  motor.initFOC();//传感器校正和启动FOC

  // add target command T
  command.add('T', doTarget, "target angle");//通过串口T命令发送位置，比如T6.28,表示电机转6.28弧度,即1圈

  Serial.println(F("Motor ready."));
  Serial.println(F("Set the target angle using serial terminal:"));
  _delay(1000);
}


void loop() {
  motor.loopFOC();//启动，使上劲

  motor.move(target_angle);//转到目标位置

  command.run();//监控输入的命令
}

结果

按下开发板复位键，电机自行校准位置，然后通过串口监视器输入“T6.28”，电机转动一圈

更多资料下载

• SimpleFOCmini Schematic
• SimpleFOCmini 3D Model
• 基于ESP32的自平衡小车
• FIT1034 尺寸图
• FIT1035 尺寸图
• FIT1036 尺寸图

常见问题

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