【CDFOC】开源 FOC 有感电机驱动

dukelec

开源地址：https://github.com/dukelec/cdfoc
wiki 有中文版 readme，代码库有原理图和 pcb 截图

- 支持多种 SPI 接口的编码器，默认 tle5012b，其它有 tle5014、ma731、ma732、ic-mu 等
- 三路采样电阻，pwm 输出可以开到 100%
- 一路 RS485 支持用户控制、打印调试、波形调试、代码 IAP 升级
- RS485 最高速率 50Mbps（需要接口芯片支持，默认贴的接口芯片是 14Mbps，后续可能默认贴 20Mbps 的）
- MCU 为高性能的 STM32G431CBUx
- MOS 驱动芯片为高性能的 DRV8323RS，保护齐全，驱动力等参数可软件调节
- 电路简洁，布局布线合理，干扰小，可提供完整的 KiCad 工程文件

codefish

赞一个，有空研究一下。

n_cell

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jbpan852

谢谢！不能下载，可以发到这个论坛上吗

newlife2lyf

虽然大佬全开源了,但我还是懒得画板,请直接给个链接吧,我想买一套玩.

liao-ljj

非常支持，厉害厉害....

了无

感谢大佬分享，厉害厉害

dukelec

newlife2lyf 发表于 2023-9-24 20:18
虽然大佬全开源了,但我还是懒得画板,请直接给个链接吧,我想买一套玩. ...
(引用自5楼)

淘宝店铺搜我论坛 id

建立顺便带一个 cdbus bridge，不要外壳现在超便宜了
调试波形之类的更方便一些

使用 ft232 之类的 usb 转 485 也可以控制电机，可能要改 ft232 等板子的上下拉和终端电阻，
建议上下拉电阻改 330 欧姆，终端电阻默认不接。

newlife2lyf

dukelec 发表于 2023-9-24 22:19
淘宝店铺搜我论坛 id
(引用自8楼)

好的,全套含BM3520H电机

dukelec

newlife2lyf 发表于 2023-9-24 22:25
好的,全套含BM3520H电机
(引用自9楼)

多谢支持

qwe2231695

太棒了，整体架构和我们量产的很像

akey3000

大神科普下，这个一般用在什么产品上？冰箱、空调的电机，还是吹风的电机，还是叉车的电机，还是无人机的电机？

xml2028

学学习了再说

sy8501

最近给朋友定制的一块 一拖二FOC驱动，进行到第三版了，150kg载重底盘测试了2个月，10月份准备小批量了。

功能上比楼主的多了一些

带刹车电阻，可在控制调试软件可配置刹车电阻启动电压、
可带2个电机、
车规级抗干扰SSI差分长线编码器接口、做了磁编自动线性校准算法
USB type C 线直连电脑免驱、调试软件即插即用
使用CAN接口、
mos测温、2个电机测温、

sy8501

散热层叠。

载重150kg，坡道保持电流40A，MOS最大温度不到50℃

sy8501

嘉立创的仿真图

天下乌鸦一般黑

666啊~我赶紧弄回来一套学习~

neverlic

果断入手一套玩玩，向楼主致敬

TINXPST

MCU用G431是个好选择，性价比高！TI的DRV8323现在价格还好，之前太贵了。

dukelec

sy8501 发表于 2023-9-25 01:04
最近给朋友定制的一块 一拖二FOC驱动，进行到第三版了，150kg载重底盘测试了2个月，10月份准备小批量了。

...
(引用自14楼)

我之前是有考虑把外置编码器改成差分通讯，最后没有改的主要原因是：

我倾向伺服的形态，每个电机带一个控制板，控制板和传感器板之间距离很近，而且有精心设计的屏蔽线可选，没必要用差分。
（个别产品我会把编码器芯片直接放在主控板上，做成圆形的板子。但我更多的是用这种通用的板子，免了不同电机都要重新画板。）

转成差分再转回单端，两次转换会带来延迟，特别是 SPI 处理起来很麻烦，SSI 方式不是所有编码器都支持。

譬如说 MA731/732 的效果，远比不上 TLE5012B-E1000



MA73x 默认 filter window 太大了，是 1024 us，一般要用 spi 配置成 64us 才适合 FOC 控制，否则电机效果出不来：
参数调猛一点，由于编码器的 filter 延迟，会导致电机抖动；参数调弱电机刚性又会很差。

MA73x filter 调成 64us 的时候，编码器有效位数只剩下 9.5 bits，相同条件下对比过其锁定噪音明显大于 TLE5012B 编码器

对于刹车电阻，我是计划有需要的时候单独做一个板子，外挂在母线电源上，检测到电源超标，就启动储能或者发热耗散。模块化的思想。

至于测温，我另一款相同代码方案的大功率板子有加，用的是 i2c 总线的数字温度传感器，可以加很多个点，当时加了两个点，一个加在电机一个加在 mos。

開一個 DIY 動力滑翔傘（電動）的【直播】貼
https://www.amobbs.com/thread-5753059-1-1.html


至于 usb，我比较反对加在电机控制板，特别是大功率的，伺服器的干扰很大，usb 抗干扰不行
额外增加电路面积和软件复杂度，容易引入小概率 bug，使用 usb 的 bootloader 也要大很多
而且对于一些机械臂之类的场景，机器一边甩动，一边用 usb 接在中间或末端关结调参，不是很方便，特别是机械臂包了外壳的时候
用我这个方式，可以在机械臂底部的控制线上直接调试任意关结的电机，同理方便用于其它各类设备的调试
而且，485 比 12M usb 还可以快好几倍


至于 can 接口，给力的话你也不用留 usb 接口了

jaywen

sy8501 发表于 2023-9-25 01:04
最近给朋友定制的一块 一拖二FOC驱动，进行到第三版了，150kg载重底盘测试了2个月，10月份准备小批量了。

...
(引用自14楼)

你这3d图 用什么软件渲染的？很好看

phone

到楼主店去看看，弄一个来玩玩。

sy8501

dukelec 发表于 2023-9-25 10:13
我之前是有考虑把外置编码器改成差分通讯，最后没有改的主要原因是：

我倾向伺服的形态，每个电机带一个 ...
(引用自20楼)

SSI的局限性确实有，目前只有MP的磁编在用这套协议。所以编码器限制死了，只能MA73x

但spi单端引线，想要数据不出错，只能走个0.1m，跟电机绑一块的时候，0.1m有时候也很困难。

实际这种应用，驱动和电机分体，引线长度需求在0.8~5米不等，必须走差分通信。而SPI转差分的话，引线又太多，所以SSI省线的优势就出来了。

窗口延迟的问题，实际上没有你想的那么严重，MA732用默认参数就可以了，用的12bit，做了线性校准后效果还是很好的。

n_cell

jaywen 发表于 2023-9-25 10:18
你这3d图 用什么软件渲染的？很好看
(引用自21楼)

这个只是3D，没有渲染 ，真正的渲染是可以以假乱真的

参考一下我这个帖子的30楼渲染效果

sy8501

jaywen 发表于 2023-9-25 10:18
你这3d图 用什么软件渲染的？很好看
(引用自21楼)

AD的3D视图，没有线条，所以糊到一块了。

导出step后，到任意专业3D软件，选择带线的视图，都有这个效果。（没有渲染）

可惜我显示器比较小，截图时候，很多细节都没了。

qwe2231695

sy8501 发表于 2023-9-25 01:13
散热层叠。

载重150kg，坡道保持电流40A，MOS最大温度不到50℃
(引用自15楼)

你这个是车规级的高级东西了  是AGV底盘用的吗

jyrpxj

周末画了一个无感无刷的驱动板，移稙代码还无从下手，有一起玩的吗？

sy8501

qwe2231695 发表于 2023-9-25 11:35
你这个是车规级的高级东西了  是AGV底盘用的吗
(引用自26楼)

是AGV专用。

朋友公司就是干这个的。

flash3g

sy8501 发表于 2023-9-25 01:13
散热层叠。

载重150kg，坡道保持电流40A，MOS最大温度不到50℃
(引用自15楼)

板子画的很漂亮，电容下面是什么胶？

sy8501

flash3g 发表于 2023-9-25 11:54
板子画的很漂亮，电容下面是什么胶？
(引用自29楼)

普通的704硅橡胶 半流淌型

flash3g

sy8501 发表于 2023-9-25 12:23
普通的704硅橡胶 半流淌型
(引用自30楼)

好的，谢谢您

boycn

支持一下，楼主论坛的开源达人啊

lyl1070

有无感的开源吗？

zzh90513

你好，请教一个CDBUS技术问题，我想将CDBUS用于开发通用IO模块的背板总线，想请问50Mbps速率下距离能做到5米吗？另外1ms的双向数据更新，大约能收发交互多少字节？

powermeter

sy8501 发表于 2023-9-25 01:20
嘉立创的仿真图

漂亮，就喜欢看大佬们的作品。

yc2

给力，dukelec出品，必是精品。

lgg88

强烈支持楼主

Aper-2020

sy8501 发表于 2023-9-25 01:20
嘉立创的仿真图
(引用自16楼)

你的画板、走线风格跟我的很像

KuJJ

期待无感的

akey3000

sy8501 发表于 2023-9-25 01:04
最近给朋友定制的一块 一拖二FOC驱动，进行到第三版了，150kg载重底盘测试了2个月，10月份准备小批量了。

...
(引用自14楼)

请教下，大神主控用的哪家mcu，用的哪家foc算法

天下乌鸦一般黑

再来顶个贴。大佬是来普度众生的么。这个价格。~这技术。。。。还开源了。。。

sy8501

akey3000 发表于 2023-9-26 08:34
请教下，大神主控用的哪家mcu，用的哪家foc算法
(引用自40楼)

STM32F405RGT6 / APM32F405RGT6 / APM32F407RGT6 / APM32F407RGT7

887799

大神,你开源的文件夹cdnet 为什么是空的?

dukelec

887799 发表于 2023-9-27 21:34
大神,你开源的文件夹cdnet 为什么是空的?
(引用自43楼)

看我 readme 写的 git 命令，下载的时候要带一个 submodule 参数

dukelec

zzh90513 发表于 2023-9-25 15:10
你好，请教一个CDBUS技术问题，我想将CDBUS用于开发通用IO模块的背板总线，想请问50Mbps速率下距离能做到5 ...
(引用自34楼)

布线好的话，5 米没有问题

CDBUS 有两个核心模式，仲裁模式 和 BS 模式（break 字符同步）

仲裁模式不建议使用太高波特率，因为首字节速率一般最高设定在 1Mbps, 首字节、以及同等速率换算的帧空格时间（至少 1.1 字节，一般建议 2 字节或 1.5 字节）会成为瓶颈

譬如 1.1 字节帧空格时间（其中 1 字节为空闲，0.1 byte 或 1bit 为发送等待），加上首字节，总共 2.1 字节时间。

如果使用 1Mbps+10Mbps，低速 2.1 字节可以换算成高速的 21 字节，一个帧除了用户数据，还剩下 2 字节帧头，和 2 字节 crc 帧尾，加起来共 25 字节。
如果用户数据 40 字节（最多 253 字节），那么总共 65 字节，对应时间为：1÷10000000×10×65 = 65us

如果使用 1Mbps+50Mbps，低速 2.1 字节可以换算成高速的 2.1×50 = 105字节
同样 40 字节用户数据，那么总共 105+4+40=149 字节，对应时间为：1÷50000000×10×149 = 29.8us

实际时间只快一倍，如果用户数据更短，则时间区别更小。


BS 模式可以单速率保存高速通讯，但是节点数不建议超过 10，越多效率越低
（而且要避免太高速率的情况下，一个大包后面跟多个小包，spi 来不及接收会导致丢包。）


而且，速度太快，要考虑 MCU 能不能及时接收数据，我这两天在优化 usb 转 485 盒子 cdbus bridge，之前使用 hal 库代码，dma 模式收一帧数据要 100 多 us（一个字节用户数据），空闲占了太多

改成寄存器控制 dma，只需要 8 us 多了（5 字节用户数据），很难进一步优化，是因为 mcu 主频有点低，跑到最高只有 64 MHz，SPI 也受 MCU 限制，当前设置为 32MHz。
（本来想换 170MHz 主频的 stm32g431cbux，SPI 最高 42.5MHz，但是 ram 32KB 太小，用来做 bridge 中转数据不太爽。现在 bridge 用的 stm32g0 是 144KB 内存）

akey3000

sy8501 发表于 2023-9-26 11:30
STM32F405RGT6 / APM32F405RGT6 / APM32F407RGT6 / APM32F407RGT7
(引用自42楼)

大神foc算法是自研，还是用的哪家的方案

sy8501

akey3000 发表于 2023-9-28 12:37
大神foc算法是自研，还是用的哪家的方案
(引用自46楼)

没有参考开源，全部自己写的。

zzh90513

dukelec 发表于 2023-9-28 12:02
布线好的话，5 米没有问题

CDBUS 有两个核心模式，仲裁模式 和 BS 模式（break 字符同步）
(引用自45楼)

谢谢解答，因为不会FPGA，所以IO模块高速方案就受限了；目前IO模块主机准备用STM32H7，从机也准备用您说的STM32G431，总线上从机预计设计最多16或者32个；Output数据准备用轮询广播方式（上电初始化时将每个从机的数据映射到不同寄存器）；输入数据只能依次轮询或者采用DC同步时间戳,主机发广播SYNC读指令，从机依次回复得方式。之前准备使用CANFD（5Mbps）方式，但算下来交互一遍需要几个ms，看到CDBUS（50Mbps），就想试试，能做到从机都收发一遍1ms内就完美了

dukelec

上传一份当前的 github 的资料，方便一些网络不太好的用户









CDBUS GUI 电机出厂设置：
（每个电机的 bias_encoder 不同，要提前备份一下，或者导入配置后重新校准编码器）


注意：2806 电机请使用 12V 供电，3520 电机请使用 24V 供电。
PID 参数是按照这个电压调试的，电压相差太多的话，会影响效果。


目前 MOS 焊了两款，最早一批发货用的 mos 是: BSZ105N04NSG (INFINEON, 40V)
之后发货已改用 mos: DMT69M8LFV-7 (DIODES, 60V)
5264 的座子，之前觉得白色的好看一点，没想到质量差一些，也已经换回灰色
(HCTL(华灿天禄) HC-5264-4AW (白色) --> CJT(长江连接器) A2505WR-4P (灰色))


后续 github 会持续更新，此处代码无法持续或及时更新。

timom333

高级货  点赞

天下乌鸦一般黑

dukelec 发表于 2023-10-12 23:22
上传一份当前的 github 的资料，方便一些网络不太好的用户


(引用自49楼)

大佬~
我收到了~电机上的编码器板插座是7针的，和主控板对插的配线是6线6孔的插头，主控板那边没问题，编码器这边怎么插，一个是7针座，一个是6孔插头。。。。

dukelec

天下乌鸦一般黑 发表于 2023-10-13 11:08
大佬~
我收到了~电机上的编码器板插座是7针的，和主控板对插的配线是6线6孔的插头，主控板那边没问题，编 ...
(引用自51楼)

红色箭头这里空一个 pin 就行
前期发货太赶，不然都会换成 7p 的胶壳

天下乌鸦一般黑

dukelec 发表于 2023-10-13 15:31
红色箭头这里空一个 pin 就行
前期发货太赶，不然都会换成 7p 的胶壳
(引用自52楼)

收到。你这个电机选的是真好。用手拧着这个丝滑。

suebillt

sy8501 发表于 2023-9-25 01:13
散热层叠。

载重150kg，坡道保持电流40A，MOS最大温度不到50℃
(引用自15楼)

电阻是DB制动电阻还是泄放电阻？

sy8501

suebillt 发表于 2023-10-14 20:43
电阻是DB制动电阻还是泄放电阻？
(引用自54楼)

这2个名词，应该指的是同一个东西？

DB是什么鬼，第一次听说

suebillt

sy8501 发表于 2023-10-14 20:45
这2个名词，应该指的是同一个东西？

DB是什么鬼，第一次听说
(引用自55楼)

DB制动是三相短路刹车，泄放是指母线电压高于设定值，把能量泄放掉。
不是搞伺服？

sy8501

suebillt 发表于 2023-10-16 09:33
DB制动是三相短路刹车，泄放是指母线电压高于设定值，把能量泄放掉。
不是搞伺服？ ...
(引用自56楼)

三相短路刹不住的。不会采用这种方式。

特别是速度闭环下，必须有反向扭矩才能让电机立即停下来。

一旦有了反向扭矩，就必然造成电源升压。