ODRIVE电机控制实战

本书以嵌入式系统为切入点，结合开源电机控制项目ODrive，采用“实践导向”的学习模式――避开繁杂理论与公式的困扰，由浅入深讲解嵌入式电机控制核心知识，帮助读者逐步构建完整的理论体系。?全书围绕ODrive项目层层展开：第1章先铺垫电机基础知识与磁场定向控制（FOC）原理；第2～3章聚焦实操，指导硬件选购调试与开发环境搭建；第4～7章深入技术核心，解析电路模块、软件架构、源代码逻辑及上位机原理；第8章以DIY遥控小车实战项目收尾，实现知识落地。书中同步提供配套代码、3D模型及B站视频教程，助力读者高效学习。?本书的适用人群广泛：既适合嵌入式电机控制领域的新人与学生，助力其跨越理论与实践的鸿沟；也适用于需要提升ODrive应用能力的工程师，深化其对技术的理解；对开源项目、智能硬件DIY感兴趣的爱好者，亦可通过本书掌握实用技能，为后续职业发展或自主开发项目奠定基础。

张闽，拥有将近20年的嵌入式系统编程经验，积累了丰富的软硬件开发知识和实践经验，先后在多个领域的知名公司担任重要角色。目前，就职于亚马逊Amazon，继续从事嵌入式系统和软硬件一体化的开发工作，参与到全球领先的智能设备项目中，利用前沿技术推动嵌入式解决方案的创新。

第1章 探秘电机世界――转起来 1
1.1 直流电机 1
1.1.1 有刷直流电机 1
1.1.2 无刷直流电机 2
1.2 交流电机 3
1.2.1 异步电机 3
1.2.2 永磁同步电机 4
1.3 其他常用电机 4
1.3.1 步进电机 4
1.3.2 舵机 5
1.4 磁场定向控制 6
1.4.1 第一步：获取电流与位置 6
1.4.2 第二步：坐标变换 6
1.4.3 第三步：PID运算 7
1.4.4 第四步：Park逆变换 7
1.4.5 第五步：SVPWM/SPWM 7
1.4.6 总结 8
第2章 ODrive实操――黑科技 10
2.1 探秘ODrive项目 10
2.2 选购ODrive硬件 11
2.2.1 电机 11
2.2.2 编码器 13
2.2.3 刹车电阻 13
2.2.4 电源 13
2.2.5 调试器 14
2.3 实操ODrive电机 15
2.3.1 安装上位机 15
2.3.2 初始化上位机 16
2.3.3 设置电机 16
2.3.4 设置编码器 17
2.3.5 设置刹车电阻 18
2.3.6 设置电机控制环增益参数 18
2.3.7 启动电机 19
2.3.8 自动闭环 19
2.3.9 操作状态机 20
2.3.10 切换控制模式 23
2.3.11 设定输入模式 24
第3章 ODrive开发环境――搞起来 26
3.1 Linux环境折腾指南 26
3.1.1 工具：交叉工具链 26
3.1.2 工具：GDB 27
3.1.3 工具：OpenOCD 28
3.1.4 工具：VSCode 28
3.1.5 工具：odrivetool 28
3.1.6 实操：下载代码 29
3.1.7 实操：编译 29
3.1.8 实操：刷机 30
3.1.9 实操：调试 31
3.2 Windows环境折腾指南 31
3.2.1 工具：Python＆Pip 31
3.2.2 工具：odrivetool 32
3.2.3 工具：交叉工具链 32
3.2.4 工具：GDB 34
3.2.5 工具：OpenOCD 34
3.2.6 工具：VSCode 35
3.2.7 工具：Git 35
3.2.8 实操：下载代码 35
3.2.9 实操：编译 35
3.2.10 实操：刷机 37
3.2.11 实操：调试 38
3.2.12 Windows常见问题 38
3.3 ODrive构建系统重构 39
第4章 ODrive电路大揭秘 57
4.1 探秘原理图 57
4.1.1 第一张原理图 57
4.1.2 第二张原理图 59
4.1.3 第三张原理图 59
4.1.4 第四张原理图 59
4.2 拆解模块电路 63
4.2.1 主控芯片 63
4.2.2 调试接口 65
4.2.3 USB通信电路 66
4.2.4 CAN总线 66
4.2.5 CAN终端电阻与启动模式 67
4.2.6 电源采样 68
4.2.7 GPIO 69
4.2.8 编码器 70
4.2.9 电源 71
4.2.10 0号电机驱动模块 73
4.2.11 1号电机驱动模块 74
4.2.12 刹车电阻 76
4.3 系统模块框图 77
第5章 ODrive软件――初探宫殿 78
5.1 软件总体：骨架 78
5.1.1 main函数主线 79
5.1.2 极简框图 80
5.2 文件夹结构：抽丝剥茧 81
5.3 线程：分身术剖析 84
5.3.1 主线程main函数 84
5.3.2 UART通信线程 85
5.3.3 USB通信线程 86
5.3.4 CAN总线通信线程 86
5.3.5 ADC1采样线程 87
5.3.6 状态机线程 87
5.3.7 定时器8中断函数（非线程） 88
5.4 自动生成文件：用代码写代码 89
5.4.1 autogen/version.c 89
5.4.2 autogen/interfaces.hpp 90
5.4.3 autogen/function_stubs.hpp 91
5.4.4 autogen/endpoints.hpp 91
5.4.5 autogen/type_info.hpp 92
5.4.6 自动代码生成小结 92
5.5 接口文件odrive-interface.yaml：设备对话说明书 94
5.6 RPC模块 97
5.7 耗时测量模块 98
5.8 数据更新模块 99
5.9 ADC采样模块 101
5.10 定时器模块 103
5.10.1 电机定时器 103
5.10.2 刹车电阻定时器 104
5.10.3 编码器定时器 105
5.10.4 PWM输入捕获定时器 105
5.10.5 任务耗时定时器 106
5.10.6 系统滴答定时器 107
5.11 温度测量模块 107
5.11.1 OnboardThermistorCurrentLimiter（板载） 107
5.11.2 OffboardThermistorCurrentLimiter（外接） 108
5.12 编码器模块 108
5.13 通信接口模块 109
5.13.1 USB通信 110
5.13.2 CAN通信 110
5.13.3 UART通信 111
5.14 FOC控制模块 111
5.14.1 TIM8中断触发 112
5.14.2 相电流采样 113
5.14.3 MOS管状态检查 114
5.14.4 电流审核 114
5.14.5 电流克拉克变换 115
5.14.6 控制块更新 116
5.14.7 相电流二次采样 119
5.14.8 电流矫正 120
5.14.9 FOC算法执行 120
5.14.10 时间戳错误检测 121
5.15 三环控制：稳住系统的三重护法 122
5.15.1 位置环 122
5.15.2 速度环 123
5.15.3 电流环 127
5.16 SVPWM模块 130
第6章 ODrive软件模块――拆解宫殿 134
6.1 汇编文件初始化 134
6.2 序列号初始化 139
6.3 系统时钟初始化 141
6.4 OTP初始化 147
6.5 配置初始化 149
6.5.1 板级参数 151
6.5.2 CAN参数 152
6.5.3 编码器参数 153
6.5.4 无感参数 154
6.5.5 控制器参数 155
6.5.6 轨迹控制参数 157
6.5.7 限位开关参数 157
6.5.8 刹车参数 158
6.5.9 电机参数 159
6.5.10 板载温度参数 161
6.5.11 外接温度参数 161
6.5.12 轴参数 162
6.6 板卡资源初始化 165
6.6.1 GPIO初始化 165
6.6.2 DMA初始化 166
6.6.3 ADC初始化 167
6.6.4 TIMER初始化 167
6.6.5 SPI初始化 168
6.6.6 中断初始化 168
6.6.7 UART初始化 169
6.6.8 I2C初始化 169
6.7 板载GPIO初始化 170
6.8 USB协议栈初始化 173
6.9 ADC1二次初始化 173
6.10 UART通信线程启动 175
6.11 USB通信线程启动 178
6.12 I2C通信线程启动 180
6.13 CAN通信线程启动 181
6.14 PWM捕获初始化 182
6.15 编码器初始化 183
6.16 电机初始化 184
6.17 交流估算器初始化 186
6.18 ADC和PWM定时器启动 186
6.19 ADC1采样线程启动 187
6.20 准备进入状态机 188
6.21 状态机线程启动 189
6.21.1 开机自动执行序列分析 190
6.21.2 完整校准序列分析 206
6.21.3 其他状态机分析 206
第7章 ODrive上位机――幕后大BOSS 209
7.1 初识上位机 209
7.2 拆解上位机指挥中心 210
7.2.1 odrivetool程序分析 210
7.2.2 子命令分析 214
第8章 ODrive定制项目――DIY你的轿跑 219
8.1 硬件模块 219
8.2 小车展示 220
8.3 原理解析 221
8.4 操作步骤 221
8.5 程序添加 221
8.6 实战验货 223
附录A 224