带好盈程序的电子调速器控制 at 做做AI，造造人

带好盈程序的电子调速器控制

由动力老男孩发表于 2012/03/12 22:52:44

最近制作四轴飞行器陷入困境，用手抓住它左右摇晃，能够感受到螺旋桨明显的阻力。但是PID参数调节的结果，要么就是飞行器剧烈摇摆失控，要么就是起飞后向一侧斜飞，很难达到一个较为稳定的状态。

应朋友们的建议，先陆陆续续写一些攻略和步骤。一来可以相当于做好笔记，二来也可以请大家帮忙查找原因，出谋划策。

前面几篇提到了目前控制电机的一些问题，正好在这里介绍下我控制电机的方式。

电机

首先，航模的电机一般都是无刷电机，这种高速的无刷电机不像直流电机那样，接上一定电压就可以旋转，一般需要在多个电源线中输入周期性的交流电。例如我买的电机就是下面这样的：

无刷电机

它有三根输入电源线，如果用单片机直接输出交变的电信号给它，因为单片机输出功率太低，是转不动的。
如果把单片机的输出经过电流放大电路，例如L298N，事实上很多步进电机就是这样控制的。它的问题在于一个单片机只能控制几个电机，并且很难再做其他的计算了。

电调

由于上面的原因，我们必须采用专门控制电机转速的设备，就叫做电调（全称电子调速器，英文electronic speed controller ,简称ESC）。它的作用就是接受单片机的PWM指令，并且生成成无刷电机需要的高频交流电。

电调

大家可以看到电调有很多线，其中两根粗线连接的是电源的正负极；三根输出线分别连电机的三根输入线（如果需要电机反转，任意对换两根接线即可）；另外还有三根细线，分别是单片机接地，5V输出电源和PWM信号线。

根据航模标准，PWM信号线的频率应该是50Hz，对应的每个周期总时长是20ms。经过我的实测，基本上超过55Hz以后就不转了。
在这个20ms的周期中，高电平的持续时间应该在0.92ms到2.120ms之间，分别对应电机的最低转速和最高转速。

我曾经在想为什么只给转速控制留了这么小的PWM范围？如果是按Arduino系统PWM输出的话，用0~255来输出20ms之间的PWM值，有效控制转速的值范围大约只有pwm=(20～40)之间。后来大概明白了，这是为了给单片机节约宝贵的CPU资源，这样才可以在剩余的18ms中处理其他事务。

好盈程序

看电调的说明书，它有很多功能。比如设置电池的特性，设置刹车特性，设置最大转速等等。这些功能都可以通过遥控器进行设置，其中大部分功能我们使用默认值就可以，只有初始化一项是必须做的。
具体的设置方法是，把油门推到最大（2.12ms），这时候电调就会滴滴几声提醒你进入设置模式，然后就可以把油门迅速拉到最低（0.92ms）保持一会儿之后，电调就可以初始化成功了。

新手可能会有和我一样的疑问：把油门推到最大的时候，会不会电机突然暴走起来？
所以这里需要强调的是，电调的使用一定要按照说明书操作。单片机通电的时候，需要立刻给电调输出最低油门的PWM值(0.92ms），经过我的实验，0.85或0.95也没有太大关系。再低的话就会滴滴滴的报警，告诉你没有初始化成功；再高的话（0.95到2.1之间）只会有一声警报，但是无法正常转动；再再高到最高油门值(2.12ms)的时候，就会提醒你进入设置模式。

这样做是安全的，如果你不慎把遥控器留到了高位，这时候给电机通电，不至于突然上升到非常高的转速。前几天我企图修改PWM的时候，发生了一次这样的失误，手机控制的参数一下子升到最大，螺旋桨的风力大到手几乎抓不住，真是吓的屁滚尿流……

初始化和调速

之前有提到过用电脑通过串口通信控制电机，这里也是类似，在PC上写一段小程序，可以输出0~200之间的一个整数到Arduino。
在Arduino上，分别把0对应到0.9ms的高电平；200对应到2.1ms的高电平。

void loop()
{
  long t0 = micros(); //记录进入loop的时间
  while(Serial.available()) {
    // 这里是获取控制指令
    pushData(Serial.read());
  }
  //ctrlPower从串口读取，0~200分别对应高电平脉宽0.9ms～2.1ms
  double len = 1000 * (0.9 + ctrlPower * (2.1 - 0.9) / 200.0));
  // 输出高电平
  for(int i = 0; i < 4; i++) digitalWrite(motorPins[i], HIGH);
  // 延时len毫秒
  delayMicroseconds(len);
  // 输出低电平
  for(int i = 0; i < 4; i++) digitalWrite(motorPins[i], LOW);
  // 等待一段时间，形成20ms的周期
  delayMicroseconds(t0 + 20000 - micros());
}

其中ctrlPower就是从PC端读取的那个控制值。新电机和电调买回来，把4个装到一起，然后从这个程序统一进行初始化和控制转速。强烈建议第一次玩电机的朋友，先不要装上螺旋桨，应该等调试胸有成竹之后再安装。

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对 “带好盈程序的电子调速器控制” 的 24 条评论

boboking 说：

2012/03/13 于 08:44

飞控板做减震处理，拿橡皮筋勾着，试试？

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bohan 说：

2012/03/13 于 13:47

你可以试试bangbang控制，一般这种程度的模型比较适合这样控制。PID反而不容易调的很稳定，经常可能过调，

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jacob1990 说：

2012/03/13 于 21:26

动力哥，你文中提到的“这些功能都可以通过遥控器进行设置，其中大部分功能我们使用默认值就可以，只有初始化一项是必须做的。”
指的是什么控制器？另外能在Ardunio上写CODE代替控制器来初始化电调吗？
也就是能用ardunio来模拟你文中的“把油门推到最大（2.12ms），这时候电调就会滴滴几声提醒你进入设置模式，然后就可以把油门迅速拉到最低（0.92ms）保持一会儿之后，电调就可以初始化成功了”

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- 动力老男孩说：
  
  2012/03/14 于 21:55
  
  对，就是可以从Arduino来把油门推倒最大。我的意思是，你最终只要能输出高电平在0.92～2.12ms之间的PWM就可以
  
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  - jacob1990 说：
    
    2012/03/15 于 02:18
    
    不好意思，动力哥，打扰了，只是项目在快结束的时候出现了问题，很着急。怕挂了，毕不了业，所以才想加你QQ的。
    我用示波器测了下，我用PPM控制也是测出来无刷电机确实是在0.9ms的时候启动，这是正常的电机启动。但是我的现在的问题是我其中一个电机现在要1.1ms才启动（因为要调试PID的参数，所以我经常把它加到2.12ms）我看了说明书，和查了一些网上的资料,猜想是不是该电机进入了安全模式？或者这种0.9到2.12的这种1.22ms区间会移动？比如移到1.1到2.32ms？
    这个问题现在很纠结。
    
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    - 动力老男孩说：
      
      2012/03/15 于 19:41
      
      这个不用纠结啦，电机的特性不是那么线性的，虽然期望的是0.9ms时启动，但是很多都要到推后的。我的电机大概在1.2ms左右陆陆续续起来，应该没关系的
      有个说法是电调会把启动时的脉宽当作最低速度，但是我实验看不是这样，启动脉宽不对的话，直接就报警了
      
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      - jacob1990 说：
        
        2012/03/15 于 20:30
        
        可是，我说的两种启动时间（0.9ms和1.1ms)在同样的PID参数效果确不一样。也就是说，我在0.9ms下能达到理想响应曲线的P,I,D在1.1ms
        下就失效了。而且过了一段时间后1.1ms启动的电机又会返回到0.9ms启动。这可怎么办？而且我发现COM口在第二次运行的开始会出现一些乱码，我想这是不是因为ESC有记忆功能？
      - 动力老男孩说：
        
        2012/03/15 于 22:12
        
        jacob1990 同学，从网上的文档看，ESC确实有记忆功能。
        我印象中，它会把上电时的脉宽作为最低转速点（当然脉宽不能离0.9ms太远）。
        
        具体的文章可以看这篇：
        http://zhidao.baidu.com/question/247364848.html
        注意看这句话：
        ———————————-
        所以，你要做的是，把脉宽放在1ms，然后给电调上电，把0速度对应的脉宽值降下来，然后5us一个步进量调速度，最大加到2ms就不要再提高了。
        ———————————-
        也就是说，电调不是总把0.9ms作为最低转速的，而是看上电时的脉宽。
        假如你的单片机上电和电调上电是同时的，那么单片机在开始的时候可能会做一些操作，例如初始化传感器等等，可能就会造成电调的初始脉宽稍大
        
        今天有点生病，等会儿准备坚持做个小实验就去睡了
jacob1990 说：

2012/03/14 于 02:55

另外，动力哥，因为我的毕设截止时间快到，还有些地方没想通，请问能不能加个QQ，这样子，能方便很多，我保证绝不会没事骚扰您。
QQ:522040987

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- SSS_SXS 说：
  
  2012/03/14 于 08:35
  
  兄弟，这是老哥哥们摆弄爱好的地方，意义在于实现自己的梦想，毕业设计主要是对自己学校所学东西的一个综合运用，照抄或者拿来主义欠妥阿，纯属友情提示，再有啥想法咱们私下聊，别坏了动力哥的宝地。QQ：227704
  
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  - 动力老男孩说：
    
    2012/03/14 于 21:58
    
    多谢SSS_SXS兄弟帮我圆了场，现在不是学生时代了，上班的时候肯定不能用QQ，不然太影响工作。
    晚上回家就一点儿时间，做点事情，回复下评论就该睡觉了。
    
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r 说：

2012/03/14 于 13:40

arduino飞控可以参考下mwc嘛，可以在已有基础上开发更高级功能，没必要重新造轮子啊

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- 动力老男孩说：
  
  2012/03/14 于 22:00
  
  之前有看过一阵子mwc，说实话里面很多代码不太理解。所以先自己玩玩，加深下理解
  
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SSS_SXS 说：

2012/03/14 于 16:15

动力兄，还是围绕你不能试飞成功的话题考虑，我始终还是觉得PID公式运用上出了问题，侧飞的话，是不是因为在改参数的时候，飞行器就开始侧倾了？按照理论解释，因为你是乘上这个参数做积分的，而不是和这参数一起做积分的，所以修改瞬间会有一阵很大干扰在（所谓”风”），建议把PID代码发出来看一下

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js200300953 说：

2012/03/25 于 14:56

后来大概明白了，这是为了给单片机节约宝贵的CPU资源，这样才可以在剩余的18ms中处理其他事务。

其实Arduino的PWM应该可以异步的。

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Junzhen 说：

2013/06/03 于 02:08

大哥，我有个问题，我DIY的是四个螺旋桨的飞行器，这样就有4个ESC，就是要4个PWM值。
我的问题是，如果是这样我这接把这4个ESC接到MicroC上的PWM OUTPUT就可以了，还是一定要接个PPM ENCODER进行转化。
如果是后者，，，我真不知道接线是如何的。

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Junzhen 说：

2013/06/03 于 06:45

我发现你的下一章就是更新。。。多路啊，，，期待

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xunmengdeganjue 说：

2013/07/25 于 14:31

这个电调可以自己做吧，芯片BTS7960，重量可以再轻点，呵呵

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- 动力老男孩说：
  
  2013/07/25 于 19:12
  
  多谢建议，请教一个非常外行的问题：比如我大概知道一个功能方面的需求，该去什么地方找合适的芯片和型号呢？
  比如这个电调，我只想到去百度搜场效应管，明显是不得要领，而你是怎么能知道该用BTS7960呢？
  
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小小说：

2013/08/19 于 15:25

动力哥，请教个问题，avr 2560虽然有11路pwm，想做8路的ppm遥控器。但是貌似频率不容易改到50hz啊，255对应20ms也有点粗糙啊。麻烦动力哥详细介绍下配置的细节。用增强单片机定时器模拟倒是还可以，就是有点抖。

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- 动力老男孩说：
  
  2013/08/19 于 21:26
  
  那部分是我说错了，arduino的pwm是490Hz，对应的周期约等于2ms，其实还算不错啦
  
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冷树说：

2014/08/21 于 07:17

楼主你好，我想用电脑串口和安卓串口控制无刷电机或者电调，请问有没有什么方法？我扣扣771839939，跪求解答

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- 动力老男孩说：
  
  2014/08/25 于 13:56
  
  这个貌似有点儿难，串口通信协议是固定的，不能随意的发送01数据。
  不过你也许可以用一个usb小板子接在手机上，通过这个小板子跟设备通信。具体的细节我就不清楚了
  
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依然饭特稀说：

2017/11/04 于 22:57

pushData();
motorPins[i]
micros()
你好，我刚刚入手，arduino还有无刷电机，正在尝试，看到了你的代码，我想问下上面这三个函数的源码是啥？多谢了，或者你能把，setup（）函数，以及全部的代码贴出来吗？谢谢了

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