2025年9月16日星期二

完整的电机控制系统 开源!包括电机参数配置、自动校准、多种控制模式、实时监控及调试功能

完整的电机控制系统 开源!

完整的电机控制系统 开源! 

源代码

https://www.gitpp.com/haolagpt/project009015-pocket-server

基于 STM32G474RET6 微控制器的高性能FOC伺服驱动项目

该项目采用模块化设计,实现了完整的电机控制系统,包括电机参数配置、自动校准、多种控制模式、实时监控及调试功能。

图片

基于STM32G474RET6的高性能FOC伺服驱动系统

项目概述

 
核心硬件:STM32G474RET6微控制器(ARM Cortex-M4内核,170MHz主频,内置FPU)
技术架构:模块化设计,支持FOC(磁场定向控制)算法,实现高性能伺服驱动。
功能亮点

  • 电机参数配置与自动校准
  • 多种控制模式(位置/速度/扭矩)
  • 实时监控与调试接口(USB/命令行/EtherCAT总线)
  • 支持无刷电机(BLDC/PMSM)和步进电机驱动

技术架构与核心功能

1. 硬件层

  • 主控芯片
    :STM32G474RET6,具备高性能计算能力(170MHz主频)和丰富的外设接口(SPI/I2C/CAN/USART)。
  • 电机接口
    :支持三相PWM输出、编码器反馈(ABZ/霍尔传感器)、EtherCAT总线通信。
  • 扩展性
    :模块化设计,可适配不同功率等级的电机驱动器(如驱动板+主控板分离方案)。

2. 软件层

  • FOC算法库
    :实现电机磁场定向控制,支持电流环、速度环、位置环三闭环调节。
  • 控制模式
    • 位置模式
      :精准定位(如机器人关节、CNC机床)。
    • 速度模式
      :恒定转速(如风扇、输送带)。
    • 扭矩模式
      :力矩控制(如力反馈设备、精密夹具)。
  • 自动校准
    :电机参数识别(电阻、电感、反电动势常数)、相序检测、编码器偏移量自动计算。
  • 调试工具
    • 上位机软件
      :通过USB或EtherCAT实时监控电机状态(电流/速度/位置)。
    • 命令行交互
      :支持通过串口发送指令调整参数(如PID增益、目标位置)。

3. 通信协议

  • EtherCAT总线
    :支持实时工业以太网通信,适用于多轴同步控制场景(如机械臂、数控机床)。
  • USB/UART
    :用于调试和参数配置,兼容PC或嵌入式设备(如树莓派)。

应用场景

1. 机器人领域

  • 协作机器人关节驱动
    pocket-server的高精度位置控制(误差<0.1°)和低延迟响应(<1ms)可满足机械臂、人形机器人的动态需求。
  • AGV/AMR小车
    :通过EtherCAT总线实现多轮同步驱动,提升运动平稳性。

2. 工业自动化

  • CNC机床
    :替代传统步进电机驱动器,实现高速高精度加工(如3D打印机、激光切割机)。
  • 传送带系统
    :速度模式控制确保物料输送的稳定性,支持变频调速以适应不同负载。

3. 消费电子与智能家居

  • 无人机云台
    :FOC算法降低电机噪音,提升云台稳定性和响应速度。
  • 智能门锁/窗帘
    :通过扭矩模式实现力矩控制,防止电机堵转损坏。

4. 科研与教育

  • 电机控制教学
    :开源代码和硬件设计适合高校实验室,帮助学生理解FOC原理。
  • 原型开发
    :模块化设计缩短研发周期,支持快速验证电机控制算法。

技术优势

  1. 高性能计算
    :STM32G474的FPU加速浮点运算,满足FOC算法的实时性要求。
  2. 低成本解决方案
    :相比商业伺服驱动器,pocket-server的硬件成本降低50%以上。
  3. 开源生态
    :提供完整的硬件设计文件(PCB/原理图)和软件代码,支持二次开发。
  4. 易用性
    :上位机软件和命令行工具简化调试流程,降低使用门槛。

潜在改进方向

  1. 扩展传感器支持
    :集成温度传感器、振动监测模块,提升系统可靠性。
  2. 优化通信协议
    :增加CANopen或Modbus支持,兼容更多工业设备。
  3. 增强安全功能
    :添加过流/过压/过热保护机制,防止电机损坏。

总结

Pocket-Server是一个面向机器人、工业自动化和消费电子领域的高性能FOC伺服驱动系统,其模块化设计、开源生态和低成本特性使其成为传统伺服驱动器的理想替代方案。无论是科研实验、原型开发还是商业产品落地,该项目均能提供可靠的技术支持。



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