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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” 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

V1(图一)

V1

V2(图二)

V2

目前有两个版本

  • V1(图1)：ESP32主控+L6234驱动+GB2204电机+CH340串口芯片+CS5095充电芯片
  • V2(图2)：ESP32主控+EG2133+6mos驱动+2715电机+RGB+CM1010-A均衡芯片+CN3300充电芯片

推荐制作V2，成功率高，效果更好，电机驱动芯片更便宜，还有RGB

V1和V2**电路图以及代码**均在对应V1\V2文件夹(如需制作只要打开对应版本的文件夹即可，里面有对应的README说明)

1 软件架构

自平衡控制为LQR算法输出期望速度，使动量轮加速运动从而控制三角形左右方向。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
  • 自带测试模式：电压测试和速度测试，可以单独输出电压让电机转动，也可以设置指定速度让电机保持速度

Image text

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
输入电压 3.7v锂电池*3
充电电压 5V 从Type-C口输入
主控芯片 ESP-WROOM-32
电机驱动 引脚:32, 33, 25
AS5600 编码器 SDA-23 SCL-5 　芯片要离径向磁铁有 2mm以上高度
MPU6050六轴传感器 SDA-19 SCL-18

3 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，需要重新绘制电路图可以使用

感谢嘉立创的PCB制板，使DIY电路制作变得非常便利，PCB制作开源点击

4 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。

EG2133无刷驱动为立创开源方案。

Python的GUI是以SimpleFOC的SimpleFOCStudio为基础，添加wifi功能。

V1的充电电路是立创广场开源的CS5095充电方案。

V2的充电电路是在立创广场开源的《CN3300 4串电池组板》方案基础上改的3串锂电池

PCB以及原理图技术支持——muyan

wifi效果以及按键面修复代码作者——muyan

  1. 原作者：基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形BV19v411n7mN
  2. muyan 立创链接https://oshwhub.com/muyan2020?tab=project&page=1
  3. muyan git链接https://gitee.com/muyan3000
  4. EG2133驱动参考https://oshwhub.com/acmetech-lceda/minifoc
  5. 灯哥开源FOC https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller
  6. CS5095充电芯片电路https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu
  7. CN3300 4串电池组板https://oshwhub.com/583703056a/dian-chi-zu-ban_copy_copy
  8. Arduino-Esp32环境提供者https://github.com/kaliCYH

5 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。

6 未解之谜

问题1：在传感器读取当前角度pitch在0和360来回切换时候，卡尔曼滤波值会慢慢变化，得到的值无法反映正确的当前角度。导致有一个面无法摇摆平衡。（已解决）（使用muyan的代码完美解决）

问题2：摇摆到平衡态时，参数不太好时，可能会摇摆过头，或者一直左右摇摆不能到平衡态。就算调好参数也会偶尔发生摇摆过头现象。（V2的2715电机可以让摇摆平衡的成功率提高到80%）

7 交流Q群

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欢迎交流与沟通