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标题: 高端无刷云台控制器——驱动器源代码放出！！！ [打印本页]
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:10
标题: 高端无刷云台控制器——驱动器源代码放出！！！
本帖最后由 yjjxf 于 2013-3-12 22:16 编辑
所谓的高端无刷云台，是指能达到像素级稳定效果的，采用MAXON无刷电机、光电码盘、驱动器、控制器组合成的稳定云台。一直以来，某款云台被过分神话了，我们从技术的角度，来分析无刷云台的技术含量、成本，为大家DIY提供方向。
如下：本方案实现的5D2无刷直驱云台效果，5D2含17~40mm内变焦镜头重1.6kg，含云台一共3.2kg。
[/media]
[/media]
MAXON电机图
光电码盘图
首先，为了达到很高的稳定效果，采取闭环方式控制是必要的，因此，需要有一个高精度、高采样率的3轴陀螺（不包含加速度计）。和飞行需要较大的行程不同，我们采用了ADXRS623，最大行程150度/秒，每度每秒会产生12mV的电压，精度高。A/D方面，采用AD7606作为采样，16位的采样精度（相当于0.006度/秒的角速度分辨率），一般来说，做好陀螺的带宽配置、低通滤波，然后每秒5000次左右的采样就足够用了。
原理图如下：
而每一个无刷电机的控制，需要一个高精度的码盘和高刷新率的驱动器。目前市面没有专门针对云台而设计的小巧、精干的驱动器，因此驱动器的设计，是云台电子部分的一个重要部分。
目前结构小巧、精度较高的是CUIINC的码盘。码盘的结构如下：
码盘在一圈的转动中，能产生2048个脉冲。而A\B脉冲根据先后顺序，又可以提高精度到8192。即每一圈360度，可分为8192个刻度，于是位置测量精度为360/8192约=0.04度。
码盘的作用，不仅仅在于后期对各个轴角度的测量，而在于对电机换相的精确控制。对于高稳定性云台，根据陀螺的角速度反馈，需要给电机施加指定的恒定力矩，因此恒力矩的控制非常关键。在无刷控制方式中，我们通常采用SVPWM（空间电压矢量调制）技术，根据码盘确定的位置，对电机施加对应正交的换相信号，以保持指定的恒定力矩。
关于SVPWM的资料，百度上可以找到很多：
以及dsPIC30F这个芯片的datasheet里，甚至有很详细的源代码。
因此，驱动器的方案就确定下来了，使用CPLD（复杂可编程逻辑器件），对码盘的脉冲进行精确计数处理，与ARM7处理器STM32进行通讯，并且将STM32计算好的脉冲PWM，输出到自举和MOS管器件。同时，还有数据通信的总线，也可以由CPLD轻松完成。
原理图如下：
(, 下载次数: 972)
(, 下载次数: 977)
关于数据通信的总线，此处单独说一下。在3轴云台中，包含IMU一个，驱动器三个，以及控制器（一般由YS-X4的主控板来完成），一共五个部件。每个控制周期中，IMU要将3个陀螺的角速度、温度信息传送到控制器，每个驱动器也要将当前的码盘位置传送到控制器（用于各轴角度计算、投影），控制器也要将每个驱动器要达到的目标转动力矩发送到各个驱动器。而总线为了避免占用更多滑环，只能使用时钟、信号两根线。为了到达很高的传输速率（完成所有传输为一个周期，每秒至少5000次），采用FPGA自己搭建状态机而实现总线是最合适的方案，可以大大优化有效时钟。从目前来看，自己搭建专用总线的传输速率和传输效率，高于CAN总线等通用总线。
最后，控制器由YS-X4主板即可完成（原理图、PCB即将提供下 载），用户在开源的EVA项目中，即可完成各个轴的投影、PID控制等实现。由于底层已经由FPGA和驱动器的CPLD完成了所有的基础工作，开发者只需要关注功能上的应用即可。
(, 下载次数: 944)
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最后成本大家自己算，MAXON电机1000出头点，码盘小一百块，电子电路部分taobao可以查。
今天因为要出差，先简单写到这里。有空了继续深入剖析云台技术，欢迎交流！
3月11日更新驱动器源程序代码，运行于STM32上，这个应该很多朋友都很懂了。如果有基础的朋友，再配合将来我们提供的FPGA或硬件板，应该能直接出产品了。
近期还会放出机械部分源图：
(, 下载次数: 977)
(, 下载次数: 914)
作者: gaoshan219 时间: 2013-3-8 11:11
顶
作者: hairywen 时间: 2013-3-8 11:13
作者: moontack 时间: 2013-3-8 11:13
杨肿出品 必须顶!!!!!
作者: kfq1987 时间: 2013-3-8 11:16
作者: 330338305 时间: 2013-3-8 11:16
感谢老杨，能把这些公布出来
作者: henry88_zhou 时间: 2013-3-8 11:16
頂起,不錯不錯
作者: 浪味仙 时间: 2013-3-8 11:17
本帖最后由 浪味仙 于 2013-3-8 11:47 编辑
俏皮活。
作者: jackyren 时间: 2013-3-8 11:17
闻得一塌糊涂
作者: vv.vv 时间: 2013-3-8 11:18
作者: wuhf520 时间: 2013-3-8 11:18
无私奉献啊
作者: 风临 时间: 2013-3-8 11:18
收藏，，看看。。
作者: djiwookong 时间: 2013-3-8 11:18
支持，原理这些太复杂了点，要是有更高性能的成品就好咯，期待
作者: 百年航空 时间: 2013-3-8 11:19
作者: xpx 时间: 2013-3-8 11:20
春天是发芽的季节~~~！
作者: 端木殿 时间: 2013-3-8 11:26
5khz采样率。。。。先说说传感器的响应速度是多少？
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-8 11:26
虽然是大神 把大家唬得一愣一愣的 小弟还是不敢苟同啊
求解要是马达上没有码盘是不是就不能完成了 在次求解无码盘的时候能做到0.006的精度 有码盘的时候是0.04 那是有码盘相当于叠加 还是最低那个为标准呢？
再次求解 闭环控制 码盘还有必要么？
大神 跪求 解释
作者: tpsoft 时间: 2013-3-8 11:27
太帅了，膜拜一下
作者: 深蓝个子 时间: 2013-3-8 11:28
这云台必火呀
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:30
缪飞虎 发表于 2013-3-8 11:26 
虽然是大神 把大家唬得一愣一愣的 小弟还是不敢苟同啊
求解要是马达上没有码盘是不是就不能完成了 在次 ...
仔细看一下SVPWM的原理。
码盘的作用，是用来告诉你，什么时候该换相。为了到达恒定的力矩，就需要在不同的电机位置，施加不同的电压矢量。
如果没有码盘，你就做不到电机恒力矩转动，而是一卡一卡的，至少不精确。想要像素级的稳定效果，就达不到了。
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:30
端木殿 发表于 2013-3-8 11:26
5khz采样率。。。。先说说传感器的响应速度是多少？
ADXRS623的音叉速率，自己查手册。
作者: 端木殿 时间: 2013-3-8 11:37
yjjxf 发表于 2013-3-8 11:30
ADXRS623的音叉速率，自己查手册。
为何你不直接贴出来呢。。
恕我无能看不懂英文啊。。。。不过5khz的采样率。。。呵呵
作者: killcisco 时间: 2013-3-8 11:37
又要开始洗牌了，好事情，赞一个。
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:41
端木殿 发表于 2013-3-8 11:37
为何你不直接贴出来呢。。
恕我无能看不懂英文啊。。。。不过5khz的采样率。。。呵呵
(, 下载次数: 169)
作者: aband 时间: 2013-3-8 11:43
说得很好 强烈支持
作者: 端木殿 时间: 2013-3-8 11:43
本帖最后由 端木殿 于 2013-3-8 11:48 编辑
yjjxf 发表于 2013-3-8 11:41
传感器的共振频率14.5khz。。。然后呢
No Gyro in the world is 100% immune to vibration, there is certain frequency, which is the resonant frequencies of the gyro, if vibration frequencies match the rasonant frequency of the gyros then only at that time it is likely to cause error.
外部振动达到共振时产生最大误差
这个数值和响应速度和采样率完全没有关系
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-8 11:46
yjjxf 发表于 2013-3-8 11:30
仔细看一下SVPWM的原理。
码盘的作用，是用来告诉你，什么时候该换相。为了到达恒定的力矩，就需要在不 ...
别这样 既然都闭环了 IMU自然能感觉到所谓的马达位置 感觉码盘就是个鸡肋 你懂我说的什么了么？
作者: nikeiii 时间: 2013-3-8 11:49
问题就是有能力把它做出成品并批量生产的不多啊，众模友要享受到物美价廉的好云台还是需要等很长时间的，有钱人可以不用等直接买现成最好的云台，这就是差距
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-8 11:52
nikeiii 发表于 2013-3-8 11:49
问题就是有能力把它做出成品并批量生产的不多啊，众模友要享受到物美价廉的好云台还是需要等很长时间的，有 ...
生命在于折腾 想我这种高中不毕业的也折腾 关键是看你舍不舍得花时间 是吧
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:52
缪飞虎 发表于 2013-3-8 11:46
别这样 既然都闭环了 IMU自然能感觉到所谓的马达位置 感觉码盘就是个鸡肋 你懂我说的什么了么？
我懂你说的了，不过你没懂我说的。
老大，你先看下SVPWM。或者找一些电机驱动的人问问。
我要出差，就不在解答了。
作者: xiaojianfeng741 时间: 2013-3-8 11:52
万人阻挡，看某云台还怎么嚣张....
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 11:53
端木殿 发表于 2013-3-8 11:43
传感器的共振频率14.5khz。。。然后呢
谢谢您的刨根问底，折腾要的就是这种精神！
不过我下午要出差，就先不讨论了。
愿将来的开源DIY里，您能引领大家。
作者: nongkf 时间: 2013-3-8 11:55
期待造福魔友
作者: skymaze 时间: 2013-3-8 11:56
表示查表后最高响应频率只有3khz，不明白5khz怎么做出来的
作者: 端木殿 时间: 2013-3-8 11:58
yjjxf 发表于 2013-3-8 11:53
谢谢您的刨根问底，折腾要的就是这种精神！
不过我下午要出差，就先不讨论了。
我只是好奇要多金贵的陀螺仪居然能5khz采样率
作者: keyzheng 时间: 2013-3-8 12:03
高手在民间
作者: illss 时间: 2013-3-8 12:06
天下武功，唯快不破
作者: 天边一只雁 时间: 2013-3-8 12:08
这种架构能达到像素级稳定？请多思考实际情况，再学学控制论，埋头闭门造车虽然精神可嘉，但精力金钱花得冤枉
作者: keyzheng 时间: 2013-3-8 12:09
为什么不用步进电机呢，而且无刷的话启动力矩大会不会堵转呢。是不是需要减速组更好。
作者: caosix2 时间: 2013-3-8 12:18
大批量 之后，，希望价格 便宜 。
2000 人民币，估计 市场会很好。。。
作者: 花果山老孙 时间: 2013-3-8 12:18
{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}{:1_57:}{:1_52:}
作者: jemmy 时间: 2013-3-8 12:25
不管是不是真的，对楼主的质问的勇气和钻研的精神，顶一下
作者: 栋栋 时间: 2013-3-8 12:27
给力了
作者: galang 时间: 2013-3-8 12:31
顶啊！
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-8 12:34
caosix2 发表于 2013-3-8 12:18
大批量 之后，，希望价格 便宜 。
2000 人民币，估计 市场会很好。。。
DIY的价格不足600 有兴趣没？
作者: fujianshu 时间: 2013-3-8 12:35
强烈支持零度新云台，没有最好只有更好，加油
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-8 12:37
fujianshu 发表于 2013-3-8 12:35
强烈支持零度新云台，没有最好只有更好，加油
零个头啊 不懂瞎叫
作者: fujianshu 时间: 2013-3-8 12:47
缪飞虎 发表于 2013-3-8 12:37
零个头啊 不懂瞎叫
那好吧，我不懂。谢谢您的批评指教。
我只知道实干强于口水
作者: adasown 时间: 2013-3-8 12:48
仰望楼主
作者: 山风猎猎 时间: 2013-3-8 12:49
顶
作者: shuzaxi 时间: 2013-3-8 12:54
说实话，从画面的晃动来看，比某款云台还是差了点。
作者: 豆腐阿皮 时间: 2013-3-8 13:01
期待成品啊，当然价格也别像某产品一样强大啊，哈哈
作者: 栋栋 时间: 2013-3-8 13:01
像素稳定还要计算一个速度问题
来配合相机最高采样速度才行。
作者: ttc 时间: 2013-3-8 13:05
技术贴要顶！！
作者: winxblast 时间: 2013-3-8 13:05
强帖啊
作者: kevinpost 时间: 2013-3-8 13:07
老杨有气魄
作者: 栋栋 时间: 2013-3-8 13:14
我想补充一下我对Z15测试下来的结果，就是Z15在横滚轴补偿的时候，第三轴也会有相应补偿，来修正镜头航向。所以这一步还得更新！
作者: fan19800 时间: 2013-3-8 13:15
等待零度云台上市，上一堆技术性的东西，俺文化低，无福消受，成品价格方面，就看你们的诚意了~
作者: merven 时间: 2013-3-8 13:19
膜拜
作者: w450101859 时间: 2013-3-8 13:20
先顶了 在来理论 精神可嘉
作者: sjg3857 时间: 2013-3-8 13:30
有学习一会
作者: 云霄 时间: 2013-3-8 13:30
亘古之奇人才也
作者: 40560335 时间: 2013-3-8 13:32
这个其实没啥神奇的，就跟直机陀螺一个道理，关键是算法，相信不久就会被山寨，哈哈！~
作者: 狂摸乱舞 时间: 2013-3-8 13:37
作者: 咖啡猪 时间: 2013-3-8 13:39
抢楼，占位，留爪印！
作者: brett2006 时间: 2013-3-8 14:08
太不靠谱了。就是那这种东西来吸引眼球的，原理图里面一堆错误。乍一看，好像一副大义凛然的样子，但是仔细想想，真是别有用心啊。
作者: liaoguangming 时间: 2013-3-8 15:00
很好，理论很强大，希望快出成品批量
作者: 梦想师 时间: 2013-3-8 15:12
我操，太精辟了，愣是没看懂，不顶不行啊，高度赞扬一下杨总的奉献精神
作者: xiongxiong 时间: 2013-3-8 15:45
占个位！！！！
作者: icoolong 时间: 2013-3-8 16:12
强力贴,mark一下，学习中
作者: 白色滴丶 时间: 2013-3-8 16:31
看不懂 收藏了
作者: bmlee 时间: 2013-3-8 17:19
看不懂，有竞争是好，希望能有成品，让我等小白能即插即飞
作者: cyclone1983 时间: 2013-3-8 17:43
不错不错，用SVPWM的话，MAXON那个电机的感应电动势是正弦波的么？直驱？低速大扭矩？
这相当于三套伺服了，价格下不来啊，效果必须做到明显优于步进驱动的云台才行
作者: yying 时间: 2013-3-8 18:34
好贴！顶上
作者: loveaimay 时间: 2013-3-8 19:12
不顶不行啊 虽然有的地方看不懂 好深奥啊
作者: 论坛大模友 时间: 2013-3-8 19:40
呵呵杨总句句
作者: yjjxf 时间: 2013-3-8 19:52
标题: RE: 揭密高端无刷云台控制器的技术开发
brett2006 发表于 2013-3-8 14:08
太不靠谱了。就是那这种东西来吸引眼球的，原理图里面一堆错误。乍一看，好像一副大义凛然的样子，但是仔细 ...
你们低估了我们的决心！老杨绝对不是做事半途而费的人。
作者: kap 时间: 2013-3-8 20:26
好贴！赞一个！
作者: 草草1221 时间: 2013-3-8 20:50
厉害
作者: long521V_001 时间: 2013-3-8 21:17
yjjxf 发表于 2013-3-8 19:52
你们低估了我们的决心！老杨绝对不是做事半途而费的人。
我顶，杨家人~~~~~~~~~~
作者: long521V_001 时间: 2013-3-8 21:18
pcb 好像还没完成，好像还有飞线？
作者: 我爱JET 时间: 2013-3-9 08:59
杨总支持你们！！！
作者: zht9961020 时间: 2013-3-9 12:25
支持技术贴，能学到很多东西，顶
作者: cfcf2002 时间: 2013-3-9 15:15
“稳”就一个字
作者: heyuyu 时间: 2013-3-9 15:30
真厉害，做出成品来就好了
作者: lookcd 时间: 2013-3-9 17:24
厉害！
作者: zhangjie0203 时间: 2013-3-9 20:52
本帖最后由 zhangjie0203 于 2013-3-9 22:01 编辑
MAXON的直径45mm，的电机力矩都不大啊，不加减速器能够驱动5D2？
请教控制的原理是什么呢？没有罗盘和加速度计，不会漂嘛？谢谢
感觉这个系统的结构有点复杂啊，这么多处理器。
作者: adasown 时间: 2013-3-10 00:01
heyuyu 发表于 2013-3-9 15:30
真厉害，做出成品来就好了
人家有卖的啊
作者: 爽炸dji 时间: 2013-3-10 11:47
缪飞虎 发表于 2013-3-8 11:46
别这样 既然都闭环了 IMU自然能感觉到所谓的马达位置 感觉码盘就是个鸡肋 你懂我说的什么了么？
懂就懂，不懂就不懂好吧，你弄个德国无刷板子得瑟个啥，你用的无刷控制在于输出高频率换向信号，但是精度远远不够带码盘的准确，而且输出扭矩远远小于使用码盘的。。。。。。
作者: 小蜗牛 时间: 2013-3-10 13:35
太专业了，看不懂，只希望能尽快能造出这样的云台，价格尽量平民话
作者: fujianshu 时间: 2013-3-10 14:09
支持创新，不错
作者: flywind 时间: 2013-3-10 14:54
MAXON 绝对是好电机。。。如果没记错的话。。DJI 的Z15 用的应该是这个公司的电机。。恩有机会联系下。对这个很有兴趣
作者: bdkonly 时间: 2013-3-10 16:52
(, 下载次数: 120)
低通滤波-3db频点是24Hz………………这么低的截止频率，确定没问题么？
(, 下载次数: 123)
确定B1和C44的位置没反么？确定B1用电感比较好么？
随便说说哈。
不过楼主的精神还是很不错滴……
作者: lehwa 时间: 2013-3-10 18:41
姿态检测这块应该都没什么大问题，就是SVPWM这个和开源无编码盘的无刷云台比起来不知道效果如何？
作者: 缪飞虎 时间: 2013-3-10 19:06
爽炸dji 发表于 2013-3-10 11:47
懂就懂，不懂就不懂好吧，你弄个德国无刷板子得瑟个啥，你用的无刷控制在于输出高频率换向信号，但是精度 ...
最看不惯就是不从装懂 请问码盘的作用是什么？
就好比你需要测量的是 整个电池电压 你却去测单节电池的电压相加来计算 不是脱了裤子放屁是什么
麻烦你回家多看资料 在没有高级IMU的前提是 码盘最大 当有了更好的IMU码盘就是个鸡肋 你懂了？
还有什么德国无刷板子 我晕 你知道个啥
作者: yhybear 时间: 2013-3-10 21:09
本帖最后由 yhybear 于 2013-3-10 21:11 编辑
爽炸dji 发表于 2013-3-10 11:47
懂就懂，不懂就不懂好吧，你弄个德国无刷板子得瑟个啥，你用的无刷控制在于输出高频率换向信号，但是精度 ...
技术上我认为你说的有道理，但是讨论问题要容许别人有不同的意见。你认为别人不懂可以讲清楚，大家就都懂啦~
作者: yhybear 时间: 2013-3-10 21:24
缪飞虎 发表于 2013-3-10 19:06
最看不惯就是不从装懂 请问码盘的作用是什么？
就好比你需要测量的是 整个电池电压 你却去测单节电池 ...
请仔细理解楼主的这句话“根据码盘确定的位置，对电机施加对应正交的换相信号，以保持指定的恒定力矩。”
作者: IMMORTAL飞行器 时间: 2013-3-11 09:10
膜拜大神
作者: yjjxf 时间: 2013-3-11 12:40
3月11日，驱动器STM32源代码放出！
作者: lqamd 时间: 2013-3-11 12:52
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