Saltar a contenido
← Volver a OPRobots.org

Movimiento

Principio de Funcionamiento

OPRcontrolFOC implementa conmutación sinusoidal para motores BLDC, una técnica de Field-Oriented Control (FOC) simplificada que genera tres señales PWM senoidales desfasadas 120° entre sí.

A diferencia del control trapezoidal (6-step), la conmutación sinusoidal produce un campo magnético giratorio suave, eliminando el ripple de par y reduciendo el ruido audible.

Modos de Operación

Modo Función Realimentación
Closed-loop motors_move() Encoder de posición (TIM3/TIM4)
Open-loop (debug) debug_motors_move_open_loop() Ninguna

Modo Closed-Loop

motors_move() ejecuta el lazo completo a ~1 kHz desde el main loop:

  1. PID de velocidad — calcula motor_left_speed_factor y motor_right_speed_factor (0-100%).
  2. Lectura de posición — obtiene la posición absoluta del encoder dentro de la vuelta eléctrica.
  3. Cálculo de fase — convierte la posición del encoder en un ángulo eléctrico (0-360°).
  4. Offset direccional — añade +90° o +270° según el signo de la velocidad.
  5. Modulación PWM — indexa la LUT de seno y escala la amplitud según speed_factor.

Modo Open-Loop

debug_motors_move_open_loop() hace avanzar la fase eléctrica incrementalmente (1 paso por llamada) sin leer el encoder. Útil para verificar el cableado y la respuesta del motor sin lazo de control.

Lookup Table de Seno

La LUT de seno sine_lookup[360] se genera al arrancar en motors_init():

for (uint16_t i = 0; i < 360; i++) {
  value = sin((i / 360.0f) * 2 * M_PI);
  value *= PWM_PERIOD / 2.0f;    // Escalar a amplitud PWM
  value += PWM_PERIOD / 2.0f;    // Offset DC (centrado en mitad de período)
  value = abs(round(value));
  sine_lookup[i] = (uint16_t)value;
}
Parámetro Valor
Resolución 360 entradas (1° por entrada)
Período PWM 512
Amplitud pico ±256 (centrado en 256)
Tipo de dato uint16_t

Cada entrada representa el duty cycle PWM para ese ángulo eléctrico, con offset DC para centrar la sinusoide en la mitad del rango PWM.

La fórmula equivale a:

\[ \text{LUT}[i] = \left| \text{round}\left( \frac{\text{PWM\_PERIOD}}{2} \cdot \sin\left(\frac{2\pi i}{360}\right) + \frac{\text{PWM\_PERIOD}}{2} \right) \right| \]

Cálculo de Fase Eléctrica

La posición del encoder se convierte en ángulo eléctrico mediante la función map():

// Motor izquierdo, velocidad positiva
motor_left_A = map(get_encoder_left_absolute_position(),
                   0, MAX_ABSOLUTE_POSITION, 0, 360) + 270;
motor_left_A = motor_left_A % 360;
Parámetro Valor Descripción
MAX_ABSOLUTE_POSITION 585 Ticks del encoder por vuelta eléctrica
Rango mapeado 0–360 Grados eléctricos
Offset positivo +90° o +270° Adelanto de fase para girar en un sentido
Offset negativo +270° o +90° Adelanto de fase para girar en sentido opuesto

La relación entre posición mecánica y eléctrica es:

\[ \theta_{elec} = \left( \frac{\text{pos\_abs} \times 360}{\text{MAX\_ABSOLUTE\_POSITION}} + \text{offset} \right) \bmod 360 \]

Donde el offset es +90° o +270° dependiendo del motor (izquierdo/derecho) y del sentido de giro. Este offset asegura que el campo magnético del estator esté siempre adelantado 90° respecto al rotor para máximo par.

Asignación de Fases PWM

Cada motor usa un timer de 3 canales para generar las 3 fases senoidales:

Motor Izquierdo (TIM2)

Canal Pin Fase
TIM2_CH1 (CCR1) PA0 Fase C
TIM2_CH2 (CCR2) PA1 Fase B
TIM2_CH3 (CCR3) PA2 Fase A

Motor Derecho (TIM1)

Canal Pin Fase
TIM1_CH1 (CCR1) PA8 Fase A
TIM1_CH2 (CCR2) PA9 Fase C
TIM1_CH3 (CCR3) PA10 Fase B

Nota: El orden de fases es diferente entre el motor izquierdo (C→B→A) y el derecho (A→C→B). Esto es intencionado y refleja la orientación física de los motores en el robot UltiBot. Ver MV-02.

Duty Cycle y Speed Factor

La amplitud de la sinusoide se escala según el speed_factor (0-100) calculado por el PID:

TIM_CCR1(TIM2) = sine_lookup[motor_left_C] * (abs(motor_left_speed_factor) / 100.0f);
TIM_CCR2(TIM2) = sine_lookup[motor_left_B] * (abs(motor_left_speed_factor) / 100.0f);
TIM_CCR3(TIM2) = sine_lookup[motor_left_A] * (abs(motor_left_speed_factor) / 100.0f);
  • speed_factor = 0: motor parado (PWM con ciclo fijo centrado, sin alternancia)
  • speed_factor = 100: máxima amplitud (PWM senoidal completa)
  • La velocidad objetivo determina la frecuencia de la sinusoide; el speed factor determina su amplitud (y por tanto el par disponible).

Cuando motor_speed == 0, los canales PWM se mantienen en el valor de la LUT sin alternancia (campo magnético estático, freno suave).

Frecuencia PWM

Timer Prescaler Período Frecuencia PWM
TIM1 5 (div 5) 512 $\(f = \frac{72\text{ MHz}}{5 \times 512} \approx 28.125\text{ kHz}\)$
TIM2 5 (div 5) 512 $\(f = \frac{72\text{ MHz}}{5 \times 512} \approx 28.125\text{ kHz}\)$

Documento generado el 2026-06-30. Ver también Control PID, Encoders, Hardware.