Control

UltiBot implementa dos niveles de control:

1. Control de alto nivel en la placa principal (STM32F4): estrategia PD de persecución basada en la posición estimada del rival
2. Control de bajo nivel en la placa FOC (STM32F1): lazo PI de velocidad con conmutación sinusoidal (FOC)

Arquitectura de Control

flowchart TD
    subgraph Main["STM32F401CC (Main)"]
        SENSORS[Posición rival<br/>centroide ponderado]
        PD[Control PD<br/>Kp=0.25 Kd=25]
        CMD[Comandos velocidad<br/>Lnn / Rnn]
    end

    subgraph FOC["STM32F103C8 (FOC)"]
        PI[Control PI velocidad<br/>Kp=8.0 Ki=0.1]
        SINE[Conmutación sinusoidal<br/>LUT 360 entradas]
        PWM[PWM trifásico<br/>TIM1 + TIM2]
        ENC[Encoders cuadratura<br/>TIM3 + TIM4]
    end

    subgraph Planta["Planta física"]
        M1[Motor izq. BLDC]
        M2[Motor der. BLDC]
    end

    SENSORS --> PD
    PD --> CMD
    CMD -->|USART 115200| PI
    PI --> SINE
    SINE --> PWM
    PWM --> M1
    PWM --> M2
    M1 -->|4096 CPR| ENC
    M2 -->|4096 CPR| ENC
    ENC -->|RPM| PI

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Control PD de Persecución — Placa Principal

Ecuación de control

\[ \begin{aligned} correccion &= error \cdot K_p + \Delta error \cdot K_d \\ v_L &= BASE\_SPEED + correccion \\ v_R &= BASE\_SPEED - correccion \end{aligned} \]

Donde: - \(error\) = posición estimada del rival (rango \(\sim[-250, 250]\)) - \(\Delta error = error - error_{anterior}\)

Parámetros

Parámetro	Valor	Descripción
\(K_p\)	0.25	Ganancia proporcional
\(K_d\)	25	Ganancia derivativa
BASE_SPEED	30	Velocidad base (sobre 80)
TURN_SPEED	60	Velocidad de giro (sobre 80)
Frecuencia	~10 Hz	Tasa de ejecución

Nota: La ganancia derivativa (25) es 100× mayor que la proporcional (0.25). Esto produce una respuesta muy sensible a cambios rápidos en la posición del rival, priorizando la persecución sobre el centrado.

Código de control

control.c:131-157:

int16_t error = get_sensors_position();
float correccion = error * STRAT_PID_KP
    + (error - strat_pid_last_error) * STRAT_PID_KD;
set_motors_speed(BASE_SPEED + correccion, BASE_SPEED - correccion);

Límites de velocidad

Dirección	Velocidad min	Velocidad max
Motor izquierdo	BASE_SPEED - 50 ≈ -20	BASE_SPEED + 50 ≈ 80
Motor derecho	BASE_SPEED - 50 ≈ -20	BASE_SPEED + 50 ≈ 80

La corrección máxima efectiva es ±50 (limitada por el clamp a ±80 en set_motors_speed()).

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Control PI de Velocidad + FOC — Placa FOC

Nota: Esta sección es un resumen. La documentación completa está en OPRcontrolFOC.

Lazo PI de velocidad

Parámetro	Valor
\(K_p\)	8.0
\(K_i\)	0.1
\(K_d\)	0.0 (deshabilitado)
Rango velocidad	-900 a +900 RPM
Frecuencia control	~1 kHz

Anti-windup

El integrador se detiene cuando speed_factor >= 100 y el error es positivo (motor ya está al máximo y se le pide más).

Conmutación sinusoidal (FOC)

• Tabla de seno de 360 entradas precalculada
• 3 fases con 120° de separación por motor
• La posición del rotor (encoder) determina el ángulo eléctrico
• El speed_factor (0-100%) modula la amplitud

Secuencia de fases

Motor	Fase A	Fase B	Fase C
Izquierdo	TIM2 CH2 (PA1)	TIM2 CH1 (PA0)	TIM2 CH3 (PA2)
Derecho	TIM1 CH1 (PA8)	TIM1 CH3 (PA10)	TIM1 CH2 (PA9)

Las fases no siguen el orden estándar A→B→C en ambos motores. El motor izquierdo usa orden C→B→A y el derecho A→C→B.

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Saturación

Ambos niveles de control incluyen mecanismos de saturación:

Nivel	Mecanismo	Indicador
Velocidad comando	Clamp a ±80	—
PI velocidad	Anti-windup integral	PC13 (der.), PC14 (izq.)
PWM	Clamp a ±PWM_PERIOD/2	—

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Documento generado el 2026-06-30. Ver también Movimiento, Sensores, Encoders.