第07章 VESC 入门指南

项目概述

VESC (Vedder’s Electric Speed Controller) 是一个开源的直流/无刷/FOC 电机控制器固件项目。

定位：工业级、功能全面的电机控制器

官方资源

主要特性

支持的电机类型

• 有刷直流电机：简单、低成本
• 无刷电机 (BLDC)：六步换相或 FOC
• FOC 模式：精确控制、高效率

高级功能

• 无传感器控制：滑模观测器
• 电流闭环：精确转矩控制
• 速度闭环：PID 控制
• 位置控制：伺服模式
• CAN 总线：多电机协同
• UART 通信：PC 工具通信
• ADC 输入：模拟量采集
• 故障保护：过压、过流、过温

支持的硬件

VESC 版本

支持的 MCU

• STM32F405（VESC 4）
• STM32F407（VESC 6）
• STM32F405/F411（Flipsky）

固件编译

环境准备

1. 安装 ARM GCC 工具链

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install gcc-arm-none-eabi

# macOS
brew install gcc-arm-embedded

2. 安装 STM32CubeCL 用于烧录固件

编译固件

# 克隆仓库
git clone https://github.com/vedderb/bldc.git
cd bldc

# 编译默认配置
make

# 查看所有目标
make

# 编译特定目标
make HW_VERSION=VESC6

烧录固件

1. 连接 ST-Link 或 USB
2. 运行 STM32CubeCL
3. 选择固件文件（.hex）
4. 烧录

VESC Tool

VESC Tool 是官方的 PC 配置和监控工具。

下载

• Windows: https://vesc-project.com/vesc-tool
• macOS: https://vesc-project.com/vesc-tool
• Linux: 从源码编译

主要功能

1. 连接设置

• USB 连接（默认）
• CAN 连接（多电机）
• 配置波特率

2. 电机设置

电机配置页面：
├── 电机极数
├── 电流限制（启动/运行）
├── 电池电流限制
├── 输入电压范围
└── 最小/最大转速

3. FOC 设置

FOC 配置页面：
├── 观测器增益
├── 观测器偏置
├── 电流控制带宽
├── Ld/Lq 电感
└── R_phase 相电阻

4. PID 调试

PID 调试页面：
├── 实时曲线显示
├── 速度环 PID 参数
├── 电流环 PID 参数
├── 输入阶跃测试
└── 自动整定（部分版本）

5. 数据记录

数据记录页面：
├── 选择记录变量（电流、电压、速度、位置）
├── 设置采样率
├── 开始/停止记录
└── 导出 CSV 文件

VESC 通信协议

UART 协议

VESC 使用自定义的 UART 协议，支持：

1. 命令格式

   • 起始字节：0x02
   • 命令字节
   • 数据长度
   • 数据
   • CRC 校验
   • 结束字节：0x03

2. 常用命令

CAN 总线协议

支持多电机 CAN 通信：

CAN 消息格式：
├── CAN ID：电机地址
├── 数据字节：命令 + 参数
└── 扩展帧支持

常用场景：

• 双轮驱动（左/右电机）
• 多轴机器人
• 主从控制

配置步骤

新电机配置流程

1. 连接 VESC

   • USB 连接
   • 打开 VESC Tool
   • 选择正确的端口

2. 检测电机参数

   • 进入 Motor Setup
   • 使用"检测电感"功能
   • 使用"检测电阻"功能

3. 极对数设置

   • 根据电机规格设置
   • 不确定可尝试 7, 11, 14 等

4. 电流限制

   • 设置启动电流（较小）
   • 设置运行电流（额定）
   • 设置电池电流限制

5. 速度限制

   • 设置最小/最大转速
   • 反电动势限制

6. FOC 模式启用

   • 开启 FOC
   • 设置观测器参数
   • 调试电流环

7. PID 整定

   • 速度环 PID
   • 电流环 PID（如需要）
   • 使用阶跃响应测试

8. 保存配置

   • 写入固件
   • 断电重启验证

PID 整定（VESC Tool）

速度环整定

1. 进入 PID 调试页面
2. 选择速度控制模式
3. 设置初始 PID：
   • Kp: 0.01
   • Ki: 0.05
   • Kd: 0.0001
4. 给定阶跃速度指令
5. 观察响应曲线：
   • 超调：减小 Kp 或增加 Kd
   • 响应慢：增大 Kp
   • 稳态误差：增大 Ki
6. 迭代优化

电流环整定（FOC 模式）

1. 进入 FOC 设置
2. 调整电流环带宽：
   • 太低：响应慢
   • 太高：噪声大
3. 典型值：2000-5000 rad/s

常见问题

Q1: VESC 无法连接？

答：

1. 检查 USB 线和端口
2. 确认 VESC 已上电
3. 尝试不同波特率（115200/230400/460800）
4. 检查驱动是否安装

Q2: 电机不转动？

答：

1. 检查电机接线（U、V、W）
2. 检查霍尔传感器连接
3. 确认极对数设置
4. 检查电流限制（可能太低）
5. 尝试低占空比测试

Q3: 电机抖动或噪声大？

答：

1. PID 参数不当，重新整定
2. 观测器增益太大
3. 电流环带宽不当
4. 检查电源质量

Q4: 如何使用 CAN 多电机？

答：

1. 连接 CAN 总线
2. 配置不同 CAN ID
3. 主控制器发送 CAN 指令
4. 参考 VESC Wiki CAN 协议

进阶功能

无传感器 FOC

VESC 内置滑模观测器，实现无传感器 FOC：

优势：
├── 无需编码器/Hall
├── 成本低
└── 维护简单

缺点：
├── 低速性能差
├── 启动需要开环
└── 动态响应慢

ADC 输入使用

VESC 提供 3 个 ADC 输入，可用于：

• 节气阀控制
• 油门信号读取
• 电压/电流采样

自定义应用

VESC 支持自定义应用开发：

1. 修改固件源码
2. 编译自定义固件
3. 烧录测试

参考资源

• VESC GitHub Wiki
• VESC 论坛
• Benjamin Vedder 的 YouTube 频道

SimpleFOC vs VESC

推荐：

• 初学者：从 SimpleFOC 开始
• 工程应用：考虑 VESC