ESP-FOC

很多有趣的基于电机控制的开源项目，例如 XKnob，Cubli，自平衡莱洛三角，它们都是基于ESP单片机和Arduino框架的simpleFOC算法实现的。基于Arduino开发简单、快速，有丰富的支持库，但是Arduino框架的缺点也很明显：它的性能和灵活性都不够好，对于一些复杂的项目，Arduino框架在运行效率、灵活性、可扩展性等方面都不够好。

ESP-IDF是由Espressif开发的官方框架，它基于FreeRTOS，旨在为嵌入式开发者提供丰富的工具和库，以方便创建针对ESP单片机的高性能、高度定制的应用程序。ESP-FOC是一个基于ESP-IDF的FOC算法库，它是"FOC控制-从理论到实践"的产物。它可以帮助您快速实现FOC算法，实现电机的闭环控制。

框架版本	MCU	电机	编码器	驱动IC	电流环反馈
idf_v5.1	ESP32S3	3205BLDC	MT6701	EG2133	无

Features

How to use esp-foc

# clone the repo
git clnoe https://github.com/yiyangc18/ESP-FOC.git

基于esp-idf的项目，可以直接复制components文件夹到你的工程目录下。如果使用SPI协议的位置传感器以及三相PWM驱动IC，修改/components/hall_sensor以及motor_pwm 中的引脚定义即可。 foc算法中与硬件连接的工作在FOC/esp_hw_link.c中完成，你可以需要根据自己的硬件连接情况修改这个文件中的函数实现，例如传感器位置更新和PWM占空比更新函数。

虽然本项目是基于ESP-IDF开发的，但在实现foc算法组件时，尽量避免使用ESP-IDF的API，以便于移植到其他平台。FOC组件中只有esp_hw_link.c中的函数实现与ESP-IDF相关，如果在其他平台上使用，只需要修改这个文件中的函数实现即可。

Example for use

可以参考： main.c，其中保留了进行传感器、pwm驱动、速度环、位置环测试相关的代码。

void app_main(void)
{

  foc_init();

  //speed test
  pid_control_mode_flag = SPEED_LOOP_CONTROL;
  speed_pid_handler.expect = PI;
}

void foc_init(void)
{
  /* initialize the motor */
  motor_pwm_init();

  /* initialize the sensor */
  hall_sensor_init();

  /* initialize the low pass filter */
  init_lpf(&velocity_filter, TWO_PI/SPEED_UP_FREQ);

  /* initialize the PID controller */
  pid_config(SPEED_LOOP_CONTROL);

  /* initialize the FOC phase */
  foc_calibrate_phase();
  
  /* correct the mechanical angle zero deviation */
  encoder_zeroing();

  /* create Task for foc_loop, controller_loop and speed update loop */
  loop_timer_config_t foc_loop_timer_config = {
    .callback = foc_loop,
    .name = "foc_loop",
    .period = 1000000/FOC_LOOP_FREQ,
    // .period = 1000000/1000
    .timer_index = 0
  };
  loop_timer_init(&foc_loop_timer_config);

  loop_timer_config_t controller_loop_timer_config = {
    .callback = controller_loop,
    .name = "controller_loop",
    .period = 1000000/PID_LOOP_FREQ,
    .timer_index = 1
  };
  loop_timer_init(&controller_loop_timer_config);

  loop_timer_config_t speed_update_loop_timer_config = {
    .callback = encoder_update_speed,
    .name = "report_angle_speed",
    .period = 1000000/SPEED_UP_FREQ,
    .timer_index = 2
  };
  loop_timer_init(&speed_update_loop_timer_config);

}

How to test & parameters tuning

FOC组件的构成如下：

FOC
│  CMakeLists.txt
│  encoder.c
│  esp_hw_link.c
│  fast_math.c
│  filter.c
│  foc.c
│  pid.c
│
└─include
    │  encoder.h
    │  esp_hw_link.h
    │  fast_math.h
    │  filter.h
    │  foc.h
    │  foc_config.h
    └─ pid.h

它们的功能分配：

文件	功能
`encoder.h`	电机转子速度、位置更新函数声明。
`fast_math.h`	快速计算函数的宏定义和函数声明。
`filter.h`	低通滤波器的数据结构和相关函数声明。
`foc.h`	电机FOC算法的数据结构和变量声明。
`pid.h`	PID算法的数据结构和函数声明。
`foc_config.h`	FOC控制参数配置。
`esp_hw_link.h`	与硬件连接相关的函数声明。

PID调参在pid.h中进行，也可以再开发基于flash读写的动态调参功能。各源文件中保留并注释了在调试foc个子功能（滤波器、PID控制器、速度更新、focloop）日志打印。

Acknowledgements

simpleFOC 本项目的FOC算法实现参考了simpleFOC的实现。
miniFOC 本项目的FOC组件框架参考了miniFOC的实现。

downloade / ESP-FOC