【电机控制】AS5600步进电机磁编码闭环反馈方案

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（一）方案
1.1-方案配置
AS5600+径向磁铁
LPC55S69
DRV8825+步进电机


1.2-方案背景
以前一直自己做桌面机械臂整体驱动逻辑，很多细节的地方没有仔细研究过，导致机械臂整体可用性较差。这段时间打算从细节着手，处理桌面机械臂需要解决的一些关节问题。
我设计的桌面机械臂平台是使用步进电机驱动的三轴平行连杆式机械臂。步进电机作为一种开环电机，驱动最大的问题在于控制闭环。
尤其在带负载的情况下，步进电机由于丢步，脉冲群频率等问题，容易出现运动不到位的情况，最直观体现在回零误差上，加之开环电机无法实现角度反馈，就无法保证运动精度。
以前在这个问题上采取的方法是在机械臂杆上加装倾角角度传感器，在每次运动完毕和初始化都重新校准一次绝对位置。
但在机械臂运动完成时，臂端还存在加速度和震动，这造成测试准确度下降（准确来说是完全不准确）。如果延时再采，又影响运动连贯性。
另外所采用的倾角角度传感器采用 I2C 通讯，还需要连接通讯线缆，但 I2C 总线传输距离有限，稍微长一点的线缆就需要通过 I2C 总线的中继芯片才能克服线上压降。
以前也曾经考虑过编码器。但当时只留意到了光电编码器，光电编码器安装比较复杂，而且精度不高，不符合需求。
直到最近，我才发现了原来有磁编码器这种东西，顿时来了兴趣。


1.3-AS5600

整个方案最关键在于AS5600；
这是一款AMS在15年左右推出的磁编码IC，采用I2C和ADC两种通讯方式。最新的数据手册为18年，如果考虑到开始在中国区流行，恐怕还要迟一些，而我最早开始定一个自己作机械臂的方案最早在17年，所以当时很难找到廉价的类似方案，而现在一个AS5600加上径向磁铁只需要四块多。


1.4-径向磁铁
径向磁铁顾名思义就是径向磁化的磁铁，励磁线与端面平行。
而普通的磁铁为轴向磁铁，励磁线与端面垂直。

可以看看与非的AMS社区介绍：AS5600与径向磁铁

（二）安装示意
2.1-电气连接

采用的驱动板是之前双核大赛的驱动板：TARM机械臂下位机控制卡
但我没有直接插上去，因为我发现以前的电路设计没有考虑到电机驱动芯片产生的波纹，这个驱动板没有充分隔离驱动IO与芯片间的电气连接，我用手上的DS100示波器打了下芯片端5V和3.3V的波纹：
5V：启动电机后-启动电机前

（由于是采用我的荣耀60充电器来供电5V，所以本身存在一定波纹，但启动后明显可以见到许多尖峰）

3.3V：启动电机后-启动电机前

如果直插情况可能会更加糟糕，所以采用了杜邦线连接，试图通过线缆本身的感性和容性来消除一部分电源波纹，令AS5600电源供电尽可能干净些。

2.2-AS5600安装

可以看到还是存在一些偏心问题，尽管画板的时候将AS5600居中，但实际安装还是难免有一些对不准。不过拉远了之后影响相对没那么大。



（三）软件配置
3.1-配置
有mcuxpresso，尽管有段时间没有碰NXP的开发了，但依旧很容易就上手。
初始化时加入FreeRTOS组件。

只需要在图形配置界面，把FLEXCOMM4和CTIMER1外设初始化一下、时钟设置上，右下角的警告把对应的Match通道和I2C通道映射到P1_10、P1_21、P1_20即可。

或者直接导入我的mex文件： LPC55S69_TMARM_FB_OS.tar.gz (785.21 KB, 下载次数: 1)

2022-6-30 00:44 上传

点击文件名下载附件

3.2-增加两个任务

1. 
   
2. static void SwTimerCallback(TimerHandle_t xTimer)
   
3. {
   
4.     static bool flag = true, flag2 = true;
   
5.     if (flag)
   
6.     {
   
7.         GPIO_PinWrite(GPIO, 1U, 9U, flag2);
   
8.         flag2 = !flag2;
   
9.         CTIMER_StartTimer(CTIMER1_PERIPHERAL);
   
10.     }
    
11.     else
    
12.     {
    
13.         CTIMER_StopTimer(CTIMER1_PERIPHERAL);
    
14.     }
    
15.     flag = !flag;
    
16. }
    
17. 
    
18. static void As5600Callback(TimerHandle_t xTimer)
    
19. {
    
20.     uint8_t g_master_rxBuff[2];
    
21.     uint8_t deviceAddress = 0x0CU;
    
22. 
    
23.     //
    
24.     if (kStatus_Success == I2C_MasterStart(I2C4, I2C_MASTER_SLAVE_ADDR_7BIT, kI2C_Write))
    
25.     {
    
26.         int reVal = I2C_MasterWriteBlocking(I2C4, &deviceAddress, 1, kI2C_TransferNoStopFlag);
    
27.         if (reVal != kStatus_Success)
    
28.         {
    
29.             return -1;
    
30.         }
    
31. 
    
32.         reVal = I2C_MasterRepeatedStart(I2C4, I2C_MASTER_SLAVE_ADDR_7BIT, kI2C_Read);
    
33.         if (reVal != kStatus_Success)
    
34.         {
    
35.             return -1;
    
36.         }
    
37. 
    
38.         reVal = I2C_MasterReadBlocking(I2C4, g_master_rxBuff, 2, kI2C_TransferDefaultFlag);
    
39.         if (reVal != kStatus_Success)
    
40.         {
    
41.             return -1;
    
42.         }
    
43. 
    
44.         reVal = I2C_MasterStop(I2C4);
    
45.         if (reVal != kStatus_Success)
    
46.         {
    
47.             return -1;
    
48.         }
    
49.     }
    
50.     uint16_t valbyte = (uint16_t)g_master_rxBuff[1] | (uint16_t)g_master_rxBuff[0] << 8;
    
51.     uint16_t valsingle = valbyte / 4096.0f * 360;
    
52.     uint16_t valsinglepoint = valbyte / 4096.0f * 36000 - valsingle*100;
    
53.     PRINTF("%d.%d\r\n", valsingle, valsinglepoint);
    
54. }
    

复制代码

分别是设置PWM驱动电机来回归零旋转、读取I2C数据打印出来。



（四）运行效果：

可以看到，大致上回零是可以的，但运行一段时间后会有些许误差累计。这主要是在空载状态下，带上负载之后可能更严重。

阅读全文

NXP管管

到位了，很详细，赞！