自平衡莱洛三角形可充电版

基于 B 站 UP 主 45555菌开源的自平衡莱洛三角形 所设计。此仓库维护我的一份使用 PlatformIO 环境的软件版本。我的展示视频。

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

说明	参数
莱洛三角形尺寸	100*100 mm
动量轮尺寸	80*80 mm
电池*3	厚x长x宽:7.9mmx25mmx40mm
输入电压	3.7v锂电池*3
充电电压	5V 从Type-C口输入
充电芯片CS5095	5V输入,最大1.2A充电电流
串口芯片CH340C	需要打开开关才能下载
主控芯片	ESP-WROOM-32
电机驱动芯片L6234PD	引脚:32, 33, 25, 22; 22为enable
AS5600 编码器	SDA-23 SCL-5 芯片要离磁铁有2mm以上高度
MPU6050六轴传感器	SDA-19 SCL-18

使用说明

详细使用说明请参考源开源项目，此处仅记录我认为的部分重要内容。

比如让平衡角度为90度，则输入：TA90，并且会存入eeprom的位置0中 注：wifi发送命令不能过快，因为每次都会保存进eeprom，K参数没有保存到EEPROM所以可以使用滑条调整。

参数命令	说明
TA	target_angle平衡角度 例如TA89.3 设置平衡角度89.3
SV	swing_up_voltage摇摆电压 左右摇摆的电压，越大越快到平衡态，但是过大会翻过头
SA	swing_up_angle摇摆角度 离平衡角度还有几度时候，切换到自平衡控制
VP1	速度环的PID的P，1是稳定在平衡角度之前的P值
VI1	速度环的PID的I，1是稳定在平衡角度之前的I值
VP2	速度环的PID的P，2是稳定后的P值
VI2	速度环的PID的I，2是稳定后的I值
K为LQR参数	第一个数字1和2是电压控制稳定前和后3和4是速度控制稳定前和后，第二个数字如下
K11	LQR的参数1：角度差值
K12	LQR的参数2：左右倾倒加速度
K13	LQR的参数3：当前速度

LQR算法解释：当三角形向←倾斜时，需要产生向→的力回正。

在电压控制下：回正力F直接和输出电压值挂钩，向←倾斜，电机提供正电压V动量轮向左加速转动，产生向右的力F。

期望电压 = 角度差值x参数1 + 左右倾倒加速度x参数2 + 当前速度x参数3

在速度控制下：回正力F和动量轮转速加速度a有关，F = ma，向←倾斜，电机需要向左加速转动，产生向右的力F。

期望速度 = 角度差值x参数1 + 左右倾倒加速度x参数2 + 当前速度x参数3

两者区别：电压和速度控制都可以实现平衡，但因为使用simpleFOC控制电机转速无法无限加速，本电机实验最高转速180转，电压到上限12v。

使用电压控制会遇到，电机一下子就到了转速上限，就不能提供稳定的力F，参数调起来比较困难。

速度控制可以在偏差变大的时候，根据期望速度产生最大电压12v，并且不会超过电机最高转速。

硬件设计

莱洛三角形PCB

动量轮

充电电路是立创广场开源的CS5095充电方案。

1. 原作者：基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形BV19v411n7mN
2. 灯哥开源FOC https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller
3. 充电芯片电路https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu

可复用的代码

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。