はじめに
前回のの続きです。
ソースコード
ほとんど公式の例のままです。違いのある部分を説明します。
#include <Arduino.h>
#include <SimpleFOC.h>
BLDCMotor motor = BLDCMotor(7, 26);
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(11, 10, 9, 8);
MagneticSensorI2C sensor = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
Commander command = Commander(Serial);
void onTarget(char* cmd){ command.motion(&motor, cmd); }
void setup()
{
pinMode(12, OUTPUT); // GND
Serial.begin(115200);
SimpleFOCDebug::enable();
// PC側のシリアルモニターと接続するまでの待ち時間
_delay(1000);
SIMPLEFOC_DEBUG("Setup");
sensor.init();
motor.linkSensor(&sensor);
driver.voltage_power_supply = 12;
driver.init();
motor.linkDriver(&driver);
motor.controller = MotionControlType::angle;
motor.PID_velocity.P = 0.006f;
motor.PID_velocity.I = 0.020f;
motor.PID_velocity.D = 0.00001f;
motor.voltage_limit = 6.0f;
motor.LPF_velocity.Tf = 0.02f;
motor.P_angle.P = 2.0f;
motor.velocity_limit = 20.0f;
// Monitor
motor.useMonitoring(Serial);
motor.monitor_downsample = 100; // default DEF_MON_DOWNSMAPLE(100)
motor.monitor_decimals = 4; // default 4
motor.monitor_variables = _MON_TARGET | _MON_VEL | _MON_ANGLE; // monitor target velocity and angle
motor.init();
motor.initFOC();
command.add('T', onTarget, "motion control");
SimpleFOCDebug::println("Motor ready.");
SimpleFOCDebug::println("Set the target angle using serial terminal:");
_delay(1000);
}
void loop()
{
motor.loopFOC();
motor.move();
motor.monitor();
command.run();
}
モーター・ドライバー・磁気センサー設定
BLDCMotor motor = BLDCMotor(7, 26);
7は極(ポール)のペア数となっています。極は磁石のことです。このモーターはアウターローターなので、外側に磁石がついています。数えると14個のため半分の7としています。このくらいのサイズだと12とか14が多いのではないでしょうか。
ちなみにステーター(固定子)は12スロットでした。コイルのターン数は80です。
26は抵抗値です。モーターのデーターシートがないので測定しました。ちゃんと結線を確認はしていないのですが、おそらくデルタ結線であろうということで計算しています。
最初に3相のうち2本の抵抗値をテスターで測ります。2本の組み合わせを3パターン計測し、平均すると17.5Ωでした。この計測値に1.5倍すると相単位の抵抗値です。
電流センサーをつけていないので、抵抗値から推定するのに使うのでしょうか。おおよそでいいと思います。SimpleFOCMiniは10Ω以上のモーターに対応しているそうです。
Y結線だったら間違いになりますが、動いたからヨシとしました。
\frac{1}{\frac{1}{R+R} + \frac{1}{R}}=\frac{2}{3}R
Arduino Uno R4 のハードウェア機能有効化
実はこれに悩まされました。マイコン毎にコードがあります。私はArduino Uno R4を使ったので、Renesas用コードを使ってほしかったわけです。Arduino IDEやPlatformIOなら自動的に切り替わるようになっていました。
ビルド中にメッセージが出力されているかで確認できます。
.pio/libdeps/uno_r4_minima/Simple FOC/src/drivers/hardware_specific/renesas/renesas.cpp:8:68: note: #pragma message: SimpleFOC: compiling for Arduino/Renesas (UNO R4)
#pragma message("SimpleFOC: compiling for Arduino/Renesas (UNO R4)")
ところがビルドして書き込んだところ、Renesas用コードが実行されている感じがしません。
なぜそう思うかというと、モーターからビーという音が出続けています。PWMの周波数が低いためです。Renesasがこんなに低いわけ無いです。デフォルトは24000Hzのはずです。
ひとまず、platformio.iniにビルド・フラグSIMPLEFOC_RENESAS_DEBUGを追加して様子を見てみます。
build_flags =
-D SIMPLEFOC_RENESAS_DEBUG
本来なら以下のような文字列がシリアルモニターで確認できるはずです。しかし表示されません。
---PWM Config---
DRV: pwm pin: 11
DRV: pwm channel: 1
DRV: pwm A/B: A
DRV: pwm freq: 24000
DRV: pwm range: 1000
DRV: pwm clkdiv: 0
---PWM Config---
DRV: pwm pin: 10
DRV: pwm channel: 3
DRV: pwm A/B: B
DRV: pwm freq: 24000
DRV: pwm range: 1000
DRV: pwm clkdiv: 0
---PWM Config---
DRV: pwm pin: 9
DRV: pwm channel: 7
DRV: pwm A/B: B
DRV: pwm freq: 24000
DRV: pwm range: 1000
DRV: pwm clkdiv: 0
DRV: starting timer: 1
DRV: starting timer: 3
DRV: starting timer: 7
DRV: timers started
そして原因ですが、generic_mcu.cppのせいでした。renesas.cppと比べてみると関数名が同一です。これではリンクしたときに、どちらの関数が使われるかは運になるのではないでしょうか。
とりあえず私はgeneric_mcu.cppの中身をまるごと#if 0 〜 #endifで囲って、実質削除してしまいました。
ようやく音がなく、ガタガタ振動することもなく動くようになりました。発熱もなくなったので安心して触れます。
追記
generic_mcu.cppの関数には__attribute__((weak))が付加されていました。これは、同名関数があった場合、__attribute__((weak))がついていない方を優先する宣言でした。
PlatformIOで発生する既知の問題でして、解決方法が記載されていました。
platformio.iniにlib_archive = falseを追記します。前記の方法は取らなくてよいです。
[env:uno_r4_minima]
platform = renesas-ra
board = uno_r4_minima
framework = arduino
lib_deps =
askuric/Simple FOC@^2.3.3
simplefoc/SimpleFOCDrivers@^1.0.7
lib_archive = false
シリアルモニターへデバッグ出力
ディレイを入れないとパソコン側のシリアルモニターの接続が間に合わないので、適当な時間を待たせています。必要なくなったら消してOKです。
Serial.begin(115200);
SimpleFOCDebug::enable();
// PC側のシリアルモニターと接続するまでの待ち時間
_delay(1000);
monitor_downsampleにすると100回に一度だけ数値が出るようになります。
monitor_decimalsは小数点以下の桁数です。
monitor_variablesでシリアルモニターに表示したい項目を設定します。
// Monitor
motor.useMonitoring(Serial);
motor.monitor_downsample = 100; // default DEF_MON_DOWNSMAPLE(100)
motor.monitor_decimals = 4; // default 4
motor.monitor_variables = _MON_TARGET | _MON_VEL | _MON_ANGLE; // monitor target velocity and angle
指定できる項目はFOCMotor.hに定義されています。1行にタブ区切りで数値が出力されます。
// monitoring bitmap
#define _MON_TARGET 0b1000000 // monitor target value
#define _MON_VOLT_Q 0b0100000 // monitor voltage q value
#define _MON_VOLT_D 0b0010000 // monitor voltage d value
#define _MON_CURR_Q 0b0001000 // monitor current q value - if measured
#define _MON_CURR_D 0b0000100 // monitor current d value - if measured
#define _MON_VEL 0b0000010 // monitor velocity value
#define _MON_ANGLE 0b0000001 // monitor angle value
動作動画
指でローターを回して離すと、元の角度へ戻っていくように動きました。
おわりに
アングルモードで動くようになりました。
次回、Commanderを使ってみます。