高扭矩电机入门指南

版本兼容性

本手册适用于 高扭矩调试助手 v0.11.1 及以上版本。 高扭矩调试助手适用于电机固件 v3.1.0 及以上版本。

1. 电机使用指南

🔌 电机硬件接线

重要安全提示

在进行任何连接之前，请务必确保电源已断开。

规格	数值
额定电压	24VDC
通信方式	FDCAN（通过 USB-C 模块）
电机型号	5047、4438 等

连接步骤

1. 电源连接 🔌 将 24V 电源连接到 FDCAN 模块

2. 电机接口 🔌 使用 GH1.25-3P 线缆将电机 XT30（2+2）接口连接到 FDCAN 模块

3. PC 连接 💻 通过 USB-C 将 FDCAN 模块连接到计算机

2. 高扭矩电机调试助手使用说明

🎛️ 常用功能

功能	描述
🔄 重新连接 USBCAN 设备	扫描并连接 USBCAN 设备，检测已连接的电机
🆔 电机 ID	当前连接电机的下拉选择器
⚙️ 电机校准	重新校准电机（⚠️ 电机必须空载）
🎯 重置当前电机零点	将当前位置设置为零点参考
💾 更新电机固件	下载并刷写新固件到电机
📊 输出信息	事件和错误的实时日志控制台

⚠️ 严重警告

电机校准必须在电机无负载状态下进行。否则将导致编码器偏移计算不准确。

操作指南

使用 Read Parameters 获取当前设置，使用 Write Parameters 将更改保存到电机。

参数组	描述
📋 基本信息	显示型号、极对数、减速比、固件版本
🛡️ 电机保护	过压（V）和过温（°C）限制
⚖️ PID 调节	Kp、Ki、Kd 系数 + i_limit（积分限制）
🆔 修改电机 ID	更改电机 ID（需要重新识别）
📍 电机位置范围	位置最大/最小限制（设置为 nan 表示无限制）
🚀 旋转限制	速度（rev/s）、加速度（rev/s²）、电流（A）限制

注意

在位置范围和旋转限制部分，将值设置为 nan 表示无限制操作。

🔧 电机调试

使用不同的运行模式进行调试（详细信息请参见电机运行模式）。

功能	描述
📈 电机运行模式	点击 "Add Waveform" 实时可视化位置、速度、扭矩、温度
📊 电机状态	FDCAN 帧信息（float、int16、int32、CAN 帧）
🛠️ 生成帧	为开发创建自定义 CAN 帧
🛑 停止和制动	控制电机停止行为

帧生成类型

数值类型

float、int16、int32

有关实现示例和数据类型处理，请参考本节中的 FDCAN 协议示例

CAN 帧

CAN 帧

有关 CAN 帧生成和处理示例，请参考协议实现指南

停止和制动控制

控制	行为
🛑 停止	断开所有三相 - 电机通过惯性滑行停止
⚡ 制动	将所有三相短路到地 - 电机立即停止

🎮 电机运行模式

1️⃣ 位置模式

位置模式 🎯

为电机轴提供精确的角度控制。输入目标位置（以转数为单位）并点击发送。电机将使用位置环 PID 控制移动到精确指定的位置。

**适用于：**机器人关节、CNC 机床、执行器系统

2️⃣ 速度模式

速度模式 🔄

无论负载变化如何（在容量范围内），都保持恒定的旋转速度。输入目标速度（rev/s）并点击发送。电机将使用配置的加速度限制加速到指定速度。

**适用于：**传送带、风扇、旋转台

3️⃣ 扭矩模式

扭矩模式 💪

直接控制输出扭矩。电机将尝试保持指定的扭矩值，无论速度如何。如果外部阻力超过设定扭矩，电机将停转以保护系统。

**单位：**牛顿米（Nm）

**适用于：**张紧系统、压装操作、负载保持

4️⃣ 电压模式

电压模式 ⚡

提供对施加到电机的 Q 轴电压的直接控制。这种高级模式允许自定义控制算法，通常用于研究应用或专用控制系统。

**单位：**伏特（V）

5️⃣ 电流模式

电流模式 🔋

控制流过电机绕组的 Q 轴电流。这种模式比扭矩模式提供更直接的扭矩生成控制，因为电流是磁场强度的基本驱动因素。

**单位：**安培（A）

**适用于：**精确扭矩控制应用

6️⃣ 位置+速度+扭矩

位置、速度、最大扭矩 🎛️

结合位置控制与速度和扭矩限制的混合模式，实现安全、受控的运动。电机将以目标速度移动到指定位置，同时确保输出扭矩永远不超过最大限制。

**适用于：**机器人夹爪、门执行器、力限制应用

如果不需要扭矩限制，请将最大扭矩设置为 nan。

7️⃣ 梯形控制

梯形控制 📈

生成具有受控加速和减速阶段的平滑 S 曲线轨迹。电机将：1）均匀加速到最大速度，2）保持恒定速度，然后 3）均匀减速以精确停在目标位置。

**适用于：**拾取和放置操作、CNC 定位、精密自动化

8️⃣ 运动控制

运动控制模式 🤖

使用以下公式的高级基于 PID 的控制模式：

电机输出扭矩 = Kp × 位置误差 + Kd × 速度误差 + 前馈扭矩

这种模式结合位置误差（P 项）和速度误差（D 项）进行复杂的运动控制。

**适用于：**高精度应用、伺服压机、力控装配

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3. 🔌 FDCAN 协议分析

协议参考

本节涵盖基本电机控制操作的基本 FDCAN 协议信息。有关全面的寄存器映射和高级协议详细信息，请参考电机控制文档。

示例：int32 数据帧速度模式

以 int32 数据帧速度模式为例：

01000a0a2000000080204e0000

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1️⃣ 子帧 1 - 电机模式配置

此子帧配置电机操作模式。

字段	值	描述
0x01	头部	第一个子帧的开始
位 7-4	0000	写操作到电机寄存器
位 3-0	0001	数据类型 int8_t，1 个数据单元
0x00	寄存器地址	电机模式设置寄存器
0x0a	数据	将电机设置为速度模式

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2️⃣ 子帧 2 - 运动参数

此子帧配置运动参数（位置和速度目标）。

字段	值	描述
0x02	帧头	第二个子帧的开始
位 7-4	0000	写操作
位 3-0	0010	数据类型 int32_t，2 个数据单元
0x20	寄存器起始	位置目标寄存器 (0x20)
0x00 0x00 0x00 0x80	位置数据	0x80000000 = 位置 无限制/NaN
0x20 0x4e 0x00 0x00	速度数据	0x00004e20 = 20000 (十进制)

单位转换

速度计算：

• 十进制值： 20000
• LSB 权重： 每单位 0.00001 rev/s
• 目标速度： 20000 × 0.00001 = 0.2 rev/s

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📚 附录

⚠️ 电机错误代码参考

状态代码 0 = 正常运行

非零值表示错误。请参考下表了解具体原因和解决方案。

代码	错误名称	描述	解决方案
32	🔧 校准故障	校准期间编码器无法检测到磁铁	确保磁铁正确安装；在无负载情况下重新校准
33	⚡ 电机驱动器故障	欠压或电流不足	检查电源电压和电流容量
34	🔺 过压	总线电压超过限制	验证电源电压额定值
35	📡 编码器故障	编码器读取错误	检查编码器连接和接线
36	🚫 电机未校准	电机尚未校准	在无负载情况下运行校准程序
37	📊 PWM 周期限制超出	内部固件错误	联系技术支持
38	🌡️ 过温	温度超过最大限制	让电机冷却；检查散热
39	🎯 超出范围	位置控制超出定义限制	调整位置范围参数
40	🔋 低电压	供电电压过低	检查电源和连接
41	⚙️ 配置已更改	运行期间关键配置发生更改	更改参数前停止电机
42	🔄 角度无效	无有效换向编码器	检查编码器功能和连接
43	📍 位置无效	无有效输出编码器	验证输出编码器连接

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