foc/README.md

# 自平衡莱洛三角形可充电版

#### 介绍
**在B站[“基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形”](https://www.bilibili.com/video/BV19v411n7mN)基础上添加了充电模块**
主控芯片使用ESP32，并配置了调参上位机，可以很方便的通过wifi无线调参。无刷控制使用灯哥开源FOC。制作出一个方便复刻的自平衡莱洛三角形，在桌面上作为一个摆件还是非常不错的
[展示视频]()

![Image text](image/show.png)

左：使用灯哥开源FOC2.0板测试

中：13*13cm立创紫PCB

右：10*10cm最终版本
#### 1 软件架构
在原作者的自平衡控制**电压**算法上进行修改，将电压控制改为**速度**控制。使对模型的控制在物理上更加容易理解。并且代码的调参都可以通过连接ESP32的wifi调整。具体特性如下：

- **基于 Arduino**：运行在 ESP32 Arduino 上
- **控制模式丰富**：电压控制和速度控制

![Image text](image/gui.gif)
#### 2 硬件特性

| 说明             | 参数     |
| ---------------- |---------------------- |
| 莱洛三角形尺寸             | 100*100 mm  |
|动量轮尺寸|80*80 mm|
|电池*3 |厚x长x宽:7.9mmx25mmx40mm|
| 输入电压         | 3.7v锂电池*3|
|充电电压| 5V 从Type-C口输入|
|充电芯片CS5095|5V输入,最大1.2A充电电流|
|串口芯片CH340C|需要打开开关才能下载|
| 主控芯片             | ESP-WROOM-32           |
|电机驱动芯片L6234PD|引脚:32, 33, 25, 22; 22为enable|
|  AS5600 编码器 |SDA-23 SCL-5 |
| MPU6050六轴传感器  | SDA-19 SCL-18         |


#### 3 使用说明

1. 前往灯哥开源[FOCgit](https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller)下载Arduino开发环境（~~也可自行下载Arduino并安装SimpleFOC~~）并打开本项目内的Arduino内的main，烧录程序到ESP32。
2. 打开本项目内的`python_gui`内的`可执行文件_main`内的**main.exe**并连接上WIFI：ESP32。点击设置开始调参。

3. 第一次使用需要把在初始化中读取eeprom的数据给注释掉。因为在程序初始的时候eeprom是没有数据的，就导致读取时候是NAN。然后wifi发送NAN会有问题，就无法通过上位机发数据给esp32了。

![Image text](image/frist.png)

4. 输入一些初始值到eeprom中：

|   参数命令           | 说明    |
| ---------------- |---------------------- |
|TA89.3|角度|
|SV1.8|摇摆电压|
|SA20|摇摆角度|
|VI120|平衡前FOC速度环的I为20|
|VP10.5|平衡前FOC速度环的P为0.5|
|VI210|平衡后FOC速度环的I为10|
|VP20.2|平衡后FOC速度环的P为0.2|

![调参](image/tiaocan.gif)

5. K值可以用滑块调整，但是调整到合适值之后需要自行在Arduino的main中修改再烧录一次

比如让平衡角度为90度，则输入：TA90，并且会存入eeprom的位置0中 注：wifi发送**命令不能过快**，因为每次都会保存进eeprom，K参数没有保存到EEPROM所以可以使用滑条调整。

|   参数命令           | 说明    |
| ---------------- |---------------------- |
| TA | target_angle平衡角度 例如TA89.3 设置平衡角度89.3| 
| SV | swing_up_voltage摇摆电压 左右摇摆的电压，越大越快到平衡态，但是过大会翻过头|
|SA|swing_up_angle摇摆角度 离平衡角度还有几度时候，切换到自平衡控制|
|VP1|速度环的PID的P，1是稳定在平衡角度之前的P值|
|VI1|速度环的PID的I，1是稳定在平衡角度之前的I值|
|VP2|速度环的PID的P，2是稳定后的P值|
|VI2|速度环的PID的I，2是稳定后的I值|
|K**1**1|**1和2**是电压控制时参数。LQR的参数1*角度差值|
|K**1**2|**1和2**是电压控制时参数。LQR的参数2*左右倾倒加速度|
|K**1**3|**1和2**是电压控制时参数，**3和4**是速度控制时参数。LQR的参数3*当前速度|

#### 4 硬件设计
使用立创EDA绘制电路原理图，LaserMaker绘制莱洛三角形和动量轮（有激光切割机可以事先切割结构作为参考）。将绘制完的图形导入到立创EDA中可作为PCB的外框。丝印图案分别是**Gawr Gura**、**ouro kronii** ~~helicopter~~

LaserMaker绘制的plt在**莱洛三角结构**文件夹内

感谢嘉立创的PCB制板，使DIY电路制作变得非常便利

[莱洛三角形PCB](https://oshwhub.com/45coll/zi-ping-heng-di-lai-luo-san-jiao_10-10-ban-ben)

[动量轮](https://oshwhub.com/45coll/lai-luo-san-jiao-dong-liang-lun)

具体需要购买的物品在**物料清单.xlsx**中

#### 5 Ctrl+C +V（参考）
Arduino上的控制算法是原作者的LQR，无刷电机控制是灯哥开源FOC。电机控制引脚定义与传感器定义和灯哥开源FOC控制板2.0版一样。

Python的GUI是SimpleFOC的SimpleFOCStudio。

充电电路是立创广场开源的CS5095充电方案。
1.  原作者：基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形[BV19v411n7mN](https://www.bilibili.com/video/BV19v411n7mN)
2.  灯哥开源FOC [https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller](https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller)
3.  充电芯片电路[https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu](https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu)

#### 6 有用的地方

1.  Arduino的程序中的command.h、command.cpp可以支持任意的字符串输入。在其他项目中一样可以用，无论是wifi接收到的字符串数据或者是串口的字符串数据。

2. GUI上位机可以在其他wifi项目中可以继续使用，用来调参还是很方便。