【二】编码器原理与电机转速、角度控制【二】编码器原理与电机转速

前言：由于写博客过程中出了点小插曲，再加上第二次积分赛的到来，导致第一次积分赛的总结一直鸽到现在。。。现在先水一篇。：-）

我们的有刷电机带有一个霍尔编码器，用于获取速度、角度等信息，以完成云台要求的转速与角度控制。
以下是该电机编码器的参数：

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一、编码器原理我们这里使用的是增量式编码器。
增量式编码器是将设备运动时的位移信息变成连续的脉冲信号，脉冲个数表示位移量的大小。其特点如下：

只有当设备运动时才会输出信号。
一般会输出通道A和通道B 两组信号，并且有90° 的相位差（1/4个周期），同时采集这两组信号就可以计算设备的运动速度和方向。
如下图，通道A和通道B的信号的周期相同，且相位相差1/4个周期，结合两相的信号值：
- 当B相和A相先是都读到高电平（1 1），再B读到高电平，A读到低电平（1 0），则为顺时针转
- 当B相和A相先是都读到低电平（0 0），再B读到高电平，A读到低电平（1 0），则为逆时针转
除通道A、通道B 以外，还会设置一个额外的通道Z 信号，表示编码器特定的参考位置
如下图，传感器转一圈后Z 轴信号才会输出一个脉冲，在Z轴输出时，可以通过将AB通道的计数清零，实现对码盘绝对位置的计算。
增量式编码器只输出设备的位置变化和运动方向，不会输出设备的绝对位置。

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分辨率：指编码器能够分辨的最小单位。

对于增量式编码器，其分辨率表示为编码器转轴旋转一圈所产生的脉冲数，即脉冲数/转(Pulse Per Revolution 或PPR)。由第一张图可知，我们的电机PPR为11，即旋转一圈产生11个脉冲。

如何采集编码器的脉冲数据呢？恰好我们的STM32单片机定时器模式中有一个定时器的编码器模式，我们通常用它来测量脉冲变化值。通过访问计数器cnt的值（编码器模式中使用上下计数）来检测接收到的脉冲数。
之前文章的工程配置里有提到，我们设置TIM2为编码器模式。
二、转速测量统计固定时间间隔内的编码器的脉冲数，来计算速度值。我们需要根据编码器的参数来得到转速的计算方式。我们打开一个定时器中断TIM4，每隔0.01s测量一次转速。
速度计算方法：这里计算的是真实的电机的物理转速n（r/s）

\[n=\frac{M_0}{(C*T_0)} \]

C：编码器单圈总脉冲数，也有一个公式：
\[C=ρ×PPR \]
- ρ：电机减速比，即电机转轴转1圈，电机本身要转多少圈
- PPR：编码器分辨率
T0：每次的统计时间（单位为秒）
M0：该时间内统计到的编码器脉冲数，通过读取这次和上次定时器计数器的值cnt得到

我们这里减速比ρ经测试是20。PPR是11，因为定时器中断为100Hz，T0为0.01。
三、角度测量具体原理同速度测量，直接上公式：

\[Angle=\frac{N_0}{C}×360 \]

C：编码器单圈总脉冲数，解释见上。
N0：该时间内统计到的编码器脉冲数，通过读取这次定时器计数器的值cnt得到

四、代码部分基于上一篇文章添加以下代码。
1、添加变量

float speed; float angle; int32_t cnt; int32_t last_cnt;

2、使能定时器中断和编码器模式

/* USER CODE BEGIN 2 */ HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL); /* USER CODE END 2 */

3、添加中断回调函数

/* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim == &htim4) { cnt = (short)TIM2->CNT; //tim2计数器的值 speed = (float)(cnt - last_cnt) / 22.0f / 20 * 100; angle = ((float)cnt) / 22.0f / 20 * 360; //保存上一次计数器的值 last_cnt = cnt; } } /* USER CODE END 4 */

4、转速控制 PWM占空比越大，提供给电机的平均电压越大，电机转速就高。反之PWM占空比越小，提供给电机的平均电压越小，电机转速就低。
【【二】编码器原理与电机转速、角度控制】我们之前工程配置输出的PWM占空比为50%，这里加大转速，占空比设为70%。