VESC学习

VESC的上位机使用手册
// 1.本手册对应vesc_tool版本为0.95，vesc_tool 3.00版本类似，仅做简单介绍
// 2.一切内容都可点击对应栏目尾端的显示详情
// 3.使用时相对重要的部分会加粗标红提示，其他在初学阶段可仅作了解，以后再深入学习
// 4.如果只想先了解整定流程请直接参阅“整定流程”部分
/*左侧参数栏*/
零、Welcome&Wizard：
左键为连接VESC，中键为开始整定电机的向导。

一、 Connection：
正确接线硬件设备查看((USB-)Serial)部分，Port将显示串口端口，Baud为波特率一般设置为115200bps不用更改，TCP和Bluetooth LE部分不用管。之后点击 Welcome&Wizards界面的或右边栏的，连接成功则在底部栏右侧显示信息

二、 Firmware：
vesc的固件信息，简单了解即可
三、 Motor Setting：
①. General：

    1. General：Motor Type表示控制方式，一般选择FOC（关于FOC算法的相关知识可以自己找点资料，但现阶段还不用了解的太深）；Invert Motor Direction表示电机认为的正转方向（给正转速时的旋转方向）；Sensor Port Mode为编码器的选择，队内一般使用AS5047 Encoder；Encoder Counts表示编码器的反馈线束，与精度相关，队内为8192线

· 2. Current：Current Max和Max Brake表示运行时电流限制和刹车时电流限制，与电机参数相关，需要根据电机实际参数调整，初学时建议调整为30A；Absolute Maximum Current是绝对最大电流，峰值电流；Slow ABS Current Limit是开启滤波后的电流作为判定依据；Battery栏的内容设置同电池相关，通常与电机的参数对应；DRV8301不管

    3. Voltage：检测到低于Start部分电压是电流输入会减少至End停止输入电压

    4. RPM：电转速（电转速=极对数×转速）限制

    5. Wattage：功率限制

    6. Temperature：温度限制

        7. Advanced：Minimum Input Voltage表示最低电压限制，欠电压报错依据；Maximum InputVoltage表示最高电压限制过电压报错依据；Minimum Duty Cycle表示最低占空比设置；Max Duty Cycle为最高占空比设置；Fault Stop Time表示出现报错后电机进入禁止使用状态的时间；后两项我也不知道是啥

②. BLDC不重要
③. DC不重要
④. FOC:
    1. General：Sensor Mode中Sensorless表示无感模式，Encode及使用编码器，Hall及霍尔传感器，后两者为有感模式；Resistence和Inductance还有Linkage是电机参数，一般通过整定得到；Current Kp/Ki为电流环参数，通过整定得到；Observer Gain，观察者参数，用来在整定数据不太ok的情况下可以适当调整（一般直接重新整定了）

    2. Sensorless（无感模式相关设置）：Openloop ERPM无感模式下，低于该电转速使用开环模式换向，该项内容可根据负载特性调整；Openloop Hysteresis如果电转速在这段时间一直低于开环转速，那就转化到开环模式；Oponloop Time在触发后保持这一段时间的开环；Stator Saturation Compensation定子饱和补偿，开环模式下大电流低转速启动困难，可以尝试增大该参数以试图补偿定子饱和，但是这一项参数不要大于15%；Temp Comp对观察者使用的电机电阻进行温度补偿，当电机温度和测量温度差距过大可以开启这一补偿，低速模式下可能有一点效果；Temp Comp Base Temp测量电机电阻的温度。

    3. Hall Sensors（霍尔传感器下的有感模式相关设置）：暂时不需要，可以补充进来
    4. Encoder（普通编码器下的有感模式相关设置）：Sensorless ERPM：高于该转速，则使用无感换向；Encoder offset编码器偏移量（似乎不是很有效）；Encoder Ratio编码器和电机之间的比率，比如带有直接连接编码器的14极对数电机的该项值为7；Encoder Inverted电机旋转方向控制

    5. Advanced：Switching Frequency开关频率，控制器和估计器以该频率的一半运行，如果V0和V7中的“采样”选项处于活动状态，则控制器和估计器将以全开关频率运行，但此选项仅在具有相位分流器的硬件上可用（我也不知道啥意思，但是咱暂时不用）；Dead Time Compensation死区时间失真补偿，低速时或许有效；Speed Tracker Kp/Ki速度跟踪器比例/积分增益，速度跟踪器通过跟踪相位角来估计电动机速度；Duty Downramp Kp/Ki占空比下降斜坡控制器的比例/积分增益，这个控制器用于占空比模式，由于占空比的下降是通过限制调制来实现的，占空比降低时可能出现较大的电流尖峰，这个控制器可以限制这些电流尖峰；D Current Injection Duty在低于工作循环的情况下注入D轴电流，可以帮助低速观测；D Current Injection Factor使用此系数乘以D轴电流注入的Q轴电流，某些情况下，D轴电流注入可以帮助低速观测；Sample in V0 and V7 对空间矢量调制的V0和V7中的电流和电压进行采样，并以两倍的速率运行控制回路可用于开关频率有限的高速电机，或用于降低调制噪声，对于给定的开关频率，此选项将需要两倍的计算能力，此选项仅适用于带有相位分流器的硬件，如VESC Six；High Current Sampling Mode在采样过程中选择最低电流以获得最高电流，由于电机电流是平衡的，并且总和为0，因此可以使用其中两个相电流来导出第三个相电流，启用此选项将使电流测量比较所有电机电流，并从两个较低的电流中得出最高电流，通过这种方式，可以测量出比ADC增益允许的电流高出2/sqrt（3）倍或大约1.15的电流，此选项仅适用于具有三个分流器的硬件，如VESC Six；Observer Gaim At Minimum Duty观测器增益按最小占空比缩放，减小该参数将使观测器在较低的调制下增益较低，这有助于跟踪电机，将此参数设置为1将使观测者增益在所有调制下保持恒定；Current Filter ConstantFOC实现中滤波电流的常数，将影响慢速abs最大电流故障触发的速度。范围从0到1，其中0是最慢的，1是无筛选。

⑤. PID
    1. 速度环：正常的pid；Speed PID Kd Filter对速度控制器的导数项进行滤波，0表示忽略导数项的结果，1表示不处理；Minimum ERPM电转速低于这个值时速度控制器将被禁用；Allow Braking允许速度控制器施加制动电流，一般情况下，应该启用此选项，但对于某些应用程序，在速度控制期间禁用制动可能是有意义的。

    2. 位置环：正常的PID；Position PID Kd Filter同上；Position Angle Division位置控制器的角度划分，可用于将一个控制旋转映射到多个电机旋转，有点像加减速比的操作

⑥Additional Info：
    1. General：前面的都不重要；Motor Poles电机极对数；Position

Sensor 位置信息编码器，同FOC中的Sensor Mode类似，队内常用AS5047；Motor Loss Torque电机损失扭矩

    2.Descrip和Quality不用管

四、 App Settings：
①. General：
1.APP to Use：不用调整
2.VESC ID：设置VESC驱动器的CAN ID，需要与单片机程序对应。VESC的ID从 1开始。
3.Timeout：超时时间，当VESC接收不到信息超过该时间后将会断连并失能电机
4.Timeout Brake Current：超时后用该电流对电机施加制动，不用调整
5.Send CAN Status：是否定期在CAN总线上发送状态消息。有助于让其他VESC 知道哪些VESC在CAN总线上。
6.Can Status Rate：当启用Send CAN Status时，状态消息发送的频率。
7.CAN Baud Rate：CAN总线的波特率，总线上的所有设备必须具有相同的波特率， 否则VESC将会无法接收到CAN报文。队内CAN的波特率为1M。

②．PPM：
1.General：
1>Control Type：控制方式
Off：无论输入如何，输出都将关闭。
Current：电流控制。当输入居中时，输出关闭。输入小于中心的制动器， 直到电机停止，此时电机以相反方向启动。
Current No Reverse：电流控制。当输入最小时，输出关闭。
Current No Reverse Brake：电流控制。当输入居中时，输出关闭。输入 小于中心的制动器，直到电机停止，但不能进一步停止。
Duty Cycle：电流控制。当输入居中时，输出关闭。小于中心的输入给出 负占空比。
Duty Cycle No Reverse：占空比控制。当输入最小时，输出关闭。
PID Speed Control：PID速度控制。当输入居中时，输出关闭。小于中心 的输入给出负的设定速度。
PID Speed Control No Reverse：占空比控制。当输入最小时，输出关闭。

2>Median Filter：是否对解码的脉冲使用中值滤波器。开启后将略微延迟信号， 但会避免由噪声引起的异常值。
3>Safe Start：是否开启安全启动
4>PID Max EPRM：使用PID速度控制时与最大输入相对应的电转速设置点。
5>Positive Ramping Time：正斜坡时间常数。通过斜坡来过滤输入，这个常数 表示从零到完全输出所需的秒数。
6>Negative Ramping Time：负斜坡时间常数。与上个参数恰好相反。

<7.8.9是总线上存在多个VESC时需要考虑的参数>
7>Multiple VESCs Over CAN：是否监听CAN总线上的其他VESC，并向它们 发送相同的控制命令。请注意，只需在主VESC上设置应用程序。
8>Traction Control：是否启用通过CAN总线连接的多个VESC之间的牵引力 控制。
9>TC Max ERPM Difference：最快的电机完全关闭的ERPM差异。如果ERPM 的差值低于该差值，则流向更快电机的电流将按比例缩小。
2.Mapping和Throttle Curve不重要

③．ADC：参考PPM，不重要
④．UART：设置波特率为115200bps即可
⑤．Nunchuk：参考PPM，不重要
⑥．Nrf：
五、 Data Analysis：
①.Realtime Data：接收VESC反馈来的电机数据，需要打开右侧栏的按钮才能接收

1.Current：电机电流
2.Temperature：电机温度
3.RPM：电机转速（实际上是电转速）
4.FOC：FOC算法下给出的直轴与交轴电流ID与IQ
5.Rotor Position：转子位置，对于无感模式而言，可以点击右侧的Observer观察；对于有感模式而言，可以点击右侧的Encoder观察，Encoder的数据会随着电机转动而在0-360之间变化，在判断编码器是否有问题时，可以观察此界面的数据是否随电机转动而变化。

②.Sampled Data：不重要

/*右侧操作栏*/
连接
断连
读取Motor Settings参数①
复位Motor Settings参数
写入Motor Settings参数①
读取App Settings参数②
复位App Settings参数
写入App Settings参数②
启用方向键控制③
启用数据波形图④
不重要
启用心跳报文
不重要

①：当整定完成后，你在之后对任何Motor Settings参数的修改（例如PID）都必须点击“写入Motor Settings参数”键才能使之写入VESC从而生效，这点还请切记！当整定完成后，整定的数据将存入VESC驱动器中并得以保存，允许掉电或插拔（注意：由于三相线的接法会影响电机的正方向，因而尽量不要拔掉电机与驱动器的三相线连接，如果非要如此，请记住三相线线序并在下次按原序接回）而不丢失，当下次使用同一块VESC整定同一电机时，可以直接点击“读取Motor Settings参数”键来直接获取相关信息而无需重新整定。
②：同理于①，整定完成后如果修改App Settings的参数（例如VESC ID）都必须点击“写入App Settings参数”键以生效，当下次使用同一块VESC整定同一电机时，可以直接点击“读取App Settings参数”键来直接获取相关信息。综合①②，在修改参数完成后，请统一点击“写入Motor Settings参数”和“写入App Settings参数”；当下次使用同一块VESC整定同一电机时，请统一点击“读取Motor Settings参数”和“读取App Settings参数”。
③：启用方向键控制后，可以用上下左右键控制电机转动，其中上下键控制加正反向电流，左右键控制加正反向速度。一般用来检验整定后电机是否能正常控制，在加电流时电机会不断加速，请留心占空比不要过大，注意安全！（同时按下左右键也会为电机加速，请小心）
④：启用数据波形图后，便可以在Realtime Data中查看电机运行时的各项参数了。

/*下方操作栏*/
当电机整定完成后，我们便可以设定下方操作栏的参数来控制电机了

1.D：占空比模式，设置电机运行时的占空比
2.I：电流模式，设置电机运行时的电流
3.ω：速度模式，设置电机运行时的速度
4.P：位置模式，设置电机要转到的角度
以上四个模式相互独立，要使用哪个模式时，就在哪个模式对应的文本框中修改参数，并点击该模式右侧对应的按键，请注意：在按下该按键后，电机就会立刻启动，请注意安全！
我们一般只会用到速度模式，初学时速度请设置在10000-25000 ERPM之间。
停止电机的按钮是这两个：

左边的按钮是急停，右边的按钮是缓停，可以都试试看感受一下区别。
最右边的是状态栏：

上方为占空比，可以根据占空比判断当前状态下的电机负荷情况，并推测电机满载值
下方为当前电机电流情况，电流的最大值不会超过整定时设置的最大电流
占空比和电流都有正负显示，当占空比过大或电流拉满时，请立即停止电机！

/**整定流程**/
在整定之前，请确保硬件连接无误且已连接上VESC
在Welcome&Wizard界面，点击下方中键Motor Setup Wizard[Motor]弹出如下界面：

点击Next后弹出如下界面：

点击Next后弹出如下界面，在这里设置电机运行的最大电流，初学时建议把Motor Current Max和Motor Current Max Break都设置为30A：

点击Next后弹出如下界面，在这里设置电池节数，我们在Cell这里修改为6，并点击Apply：

点击Next后弹出如下界面，在这里设置无感或有感模式，无感请选择Sensorless，有感请选择队里使用的AS5047 Encoder编码器：

点击Next后弹出如下界面，我们会在这个画面整定电机，请注意安全！
请根据向导，先点击问号图标右边的第一个按钮，此时VESC会检测电机的电阻与电感，弹出如下对话框后点击OK，电机将会在短暂延迟后产生明显的噪声，属正常现象，这一步通过后，R和L的背景颜色将会变成绿色。

接下来，按顺序点击问号图标右边的第二个按钮，此时VESC会检测电机的旋转参数，请注意：在弹出的对话框中点击OK后，电机将会高速旋转，请确保电机已经被良好固定且旋转过程中不会受到任何阻滞，这一步非常危险，初学时最好有学长陪同，请注意安全！这一步通过后，λ，KP，KI和Observer Gain的背景颜色将会变成绿色。当所有的框都变为绿色后（如下图），意味着这一步的整定完成，点击Apply上传参数。

IF：在这一步中很有可能会出现整定失败的情况或看似整定成功的情况。整定失败的明显特征是点击OK后连续出现三次噪声（这是VESC在尝试让电机旋转起来，无需惊慌，有时候第一次不行，后面两次就可以了），最后弹出带有红色感叹号的警告框（当然有时候它能转起来，是否整定失败的关键还是看该警告框是否出现）。由于这一步的整定与是否有感整定无关，故大概率是由于电机阻力或机械结构等问题导致的，此时我们可以通过调高I,λ或降低ω来尝试通过整定。通常调大I不超过10A，占空比λ不超过0.7（一般I给7-8A就可以了）。这样子VESC将会加大功率来让电机转起来以测定参数，当然这么做带来的必然结果是电机会转的更快，因而也是非常危险的！
有的时候也会出现看似整定成功的情况，其明显特征就是虽然框都绿了，但参数非常不对劲，例如R和λ的值达到了几千的情况，这也是不合理的，即使整定完成电机也转不起来，请按照上面的方法重新整定。
这一步会出现非常多可能的异常情况，如果自己尝试无果后请联系学长解决！

如果成功通过了这一步，对于无感模式来说，整定便已经完成了；而对于有感模式而言，我们还有最后一步，即整定编码器，点击Next后弹出如下界面：

点击I:10.00A后的启动键，电机就会开始有感整定，具体分为两步，首先电机会朝着一个方向缓慢运动后反向，如果编码器连接无误，接下来电机会朝着一个方向脉动后反向并完成有感整定。如果编码器连接出现错误，电机会在第一步完成后弹出错误窗口，请检查你的编码线连接以及编码器本身是否有问题（可以在Rotor Position->Encoder中检查）

这一步完成后，恭喜你，你就已经完成了一个电机的整定，可以通过方向键或下方操作栏来尝试控制电机了！如果方向键控制没什么问题的话，电机整定就基本算通过了，下方操作栏的控制与PID有一定的关系，请尝试调整PID得到完美的控制曲线吧！
最后来总结一下一般的整定流程吧：
先空载整定各基本参数，PID可以先不着急整定，但可以大致看看纯Kp曲线最后会不会趋平，如果会有固有振荡，则机械上可能存在一定问题。当完成基本参数整定后，这些参数会被保存在本杰明板里，因而一般整定完成后电机与本杰明连接的三相线，编码器与本杰明连接的编码线就不会再进行拆卸。当装上负载并连接完成后，依次点击连接本杰明，并把本杰明的数据读到电机里，之后就可以整定PID了。

/**其他事项**/
1.祖传PID：

2.关于位置环：
VESC的位置环范围仅限0-360°
但利用PID Controllers->Position Controller->Position Angle Division调整减速比以实现转多圈的效果。
VESC位置环符合约瑟夫环思想，即总是以最近角度达到所在的位置。例如现在角度为260，如果输入10，VESC不会认为从260反转到10，而认为是260正转到10（260->360(0)->10）

3.关于VESC驱动器警报：
红灯闪三下：芯片故障

V3.00使用说明（大本杰明）
1.整定流程：
Autoconnect不变->Setup Motors VESC->电机选型为Small Outrunner->Battery Cells Series=6->设置减速比（电机侧与轮系侧比例，如果直驱则直接勾选Direct Drive即可）->Run Detection(no CAN)，之后VESC就会自动完成整定流程，基本流程仍是振动->转圈->编码器。
整定成功后会弹出如下窗口，重要参数是最后一个Sensors，它表明了你是否使用编码器（有感还是无感），之后把界面close即可，整定完成。
注意：大本杰明缺省的波特率CAN Baud Rate是500K，要把它改成队里通用的1M（在App Settings->General->CAN Baud Rate里）
调整Can Status Message Mode可以将本杰明反馈的报文设置精简或详细，可以发送0-5条不同信息的报文，一般设置为4即可（4即为对应小本杰明的0x901-0x908，反馈最基本的速度角度电流信息）

后记
在此之前，队内一直都没有一个系统的VESC使用指南，该指南由戚竣皓提议与牵头制作，由戚竣皓与沈畅进行编辑与审稿，由刘昕磊负责部分截图的提供。本指南首次完成于2023.8.24，不足与错误在所难免，希望后人不断完善。

• @Description: WHU机器人队VESC使用指南
• @Version: 1.0.0
• @Date: 2023-08-24 15:36:49
• @LastEditTime: 2023-08-24 15:36:49

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