基于STM32的直流无刷无感电机的控制系统研究分解

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基于STM32的无刷直流电机控制系统研究

基于STM32的无刷直流电机控制系统研究一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）因其高效能、长寿命、低噪音等优点，在许多领域，如家电、电动汽车、航空航天等领域得到广泛应用。

然而，要想充分发挥无刷直流电机的优势，其控制系统的设计与实现显得尤为重要。

因此，本文旨在深入研究基于STM32的无刷直流电机控制系统的设计原理、实现方法以及性能优化，以期为无刷直流电机的更广泛应用提供理论支持和实践指导。

本文将介绍无刷直流电机的基本工作原理及其控制系统的组成，为后续研究奠定理论基础。

接着，将详细阐述基于STM32的无刷直流电机控制系统的硬件设计，包括电机驱动电路、电源电路、传感器电路等关键部分的设计和实现。

在此基础上，本文将重点讨论控制系统的软件设计，包括电机控制算法、运动控制策略以及保护策略等，以提升电机运行的稳定性和可靠性。

本文还将对基于STM32的无刷直流电机控制系统的性能进行优化研究，通过改进控制算法、优化硬件结构等方式，提高电机的运行效率、降低能耗，并提升系统的整体性能。

本文将通过实验验证所设计的控制系统的有效性和可靠性，为无刷直流电机的实际应用提供有力支持。

本文旨在全面、深入地研究基于STM32的无刷直流电机控制系统的设计、实现及性能优化，为无刷直流电机的广泛应用提供理论支持和实践指导。

通过本文的研究，期望能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和启示。

二、无刷直流电机控制理论基础无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）是一种通过电子换相器替代传统机械换向器的直流电机。

它结合了直流电机和同步电机的优点，具有高效、高转矩密度、低噪音和低维护成本等特点，因此在许多应用中逐渐取代了传统的有刷直流电机。

无刷直流电机主要由定子、转子、电子换相器和位置传感器组成。

定子上的绕组通过电子换相器供电，形成旋转磁场。

转子上的永磁体在这个旋转磁场的作用下转动，实现电能到机械能的转换。

基于STM32的无刷直流电机控制器硬件电路设计及实验研究

基于STM32的无刷直流电机控制器硬件电路设计及实验研究张修太;翟亚芳;赵建周【摘要】The hardware circuit of Brushless DC motor controller is designed by taking STM32F103C8T6 as the core,which mainly includes PWM driving circuits made up of IR2310,inverter circuit formed by IRF3808,speed feedback circuit composed of incremental rotary encoder and so on. Speed servo control system or position servo control system can be composed of BLDM controller with computer or PLC through CAN communication interface or RS232 serial communication interface.By using the hardware in the loop simulation platform built by xPC target,the PI parameters are set up. The Speed servo response performance of the controller is tested. When the speed is 2 400 rpm,the response time of the controller is 0.32 s. The experimental results show that the system has the advantages of high reliability,high stability and fast response speed,which can meet the speed contrd performance requirements of upper limb rehabilitation robot's mechanical arm.%以STM32F103C8T6为核心,设计了无刷直流电机控制器硬件电路.电路主要包括IR2310构成的PWM驱动电路、IRF3808构成的逆变电路、增量式旋转编码构成的速度反馈电路.控制器具有CAN 和RS232通信接口,可与计算机或PLC构成速度或位置伺服系统.利用由xPC目标搭建的半实物仿真平台对PI参数进行整定.测试了控制器的速度伺服响应性能,给定速度为2400 rpm时,控制器响应时间为0.32 s.实验结果表明,系统工作可靠,稳定性好,响应速度快,可以满足上肢康复机器人的机械臂速度控制性能要求.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)001【总页数】4页(P141-144)【关键词】电机控制器;无刷直流电机;STM32;脉宽调制;CAN;PID;xPC目标;半实物仿真【作者】张修太;翟亚芳;赵建周【作者单位】安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000【正文语种】中文【中图分类】TP273.5无刷直流电机与有刷直流电机相比,具有功耗低、换向可靠,体积小、重量轻、输出扭矩大,使用寿命长等优点,在工业控制、医疗器械、家用电器等领域有广阔的应用前景。

基于STM32的无位置传感器无刷直流电机控制系统

基于STM32的无位置传感器无刷直流电机控制系统作者：马宗毅来源：《电子技术与软件工程》2016年第02期摘要利用STM32的控制性能和丰富外设，实现无位置传感器无刷直流电机控制，介绍了该系统的硬件电路和软件程序设计方法，采用并实现了择多函数滤波器的反电动势过零点检测方式。

该系统具有一定的可靠性和稳定性。

【关键词】STM32 无位置传感器无刷直流电机择多函数反电动势过零点1 引言无刷直流电机是随着电子技术的迅速发展而被广泛运用的电机，它是现代工业设备中重要的运行部件，它既具有直流电机调速性能良好和运行效率较高等特征，又具有交流电机构造简单和故障率较低等特点，特别是其高效节能的优点，所以其应用的领域越来越广泛。

本文是对无位置传感器无刷直流电机控制系统的设计，以STM32作为控制核心，STM32具有较高的性价比和丰富强劲的外设，充分利用其专为电机使用而设计的高级定时器TIM1、高速灵活的AD转换器和高效的中断控制器等，可以实现无刷直流电机的关键控制，以及凭借STM32的运算处理能力，实现了基于择多函数滤波器的反电动势过零点检测方式，用软件的方式进行数字滤波，这样不但省却了模拟滤波器和比较器，降低了硬件电路的复杂性，而且提高了系统的抗干扰性、可靠性和稳定性。

2 反电动势过零点检测法无刷直流电机在两两导通三相六状态控制方式下，各相反电动势波形及导通电流如图1所示，在任何时刻都有两相导通，一相不导通，通过检测不导通相的反电动势过零点信息，即可获取转子位置信号，在过零点30°电角度后执行换相。

3 基于择多函数滤波器的反电动势过零点检测方式3.1 择多函数滤波器原理择多函数为一个布尔函数，输入值为n个二进制数，返回值为其中出现次数最多的数。

择多函数表达式为：output=（a&b）|（a&c）|（b&c）（1）式中output表示输出值，&表示逻辑与操作符，|表示逻辑或操作符。

基于stm32的直流无刷电动机调速系统设计_开题报告

毕业设计开题报告
题目：基于STM32的直流无刷电动机
调速系统设计
学院：
学生：
学号：
指导教师：
完成时间：
四、所需条件及落实措施：
1.理论基础：
常用无刷直流电机的逆变器采用三相桥式主回电路的控制方式一般有2 种：二二
导通模式和三三导通模式，根据图2换相时序图可知，这两种工作方式，一个周期
都存在6 种导通状态，以60°电角度为间隔改变。

由于两种导通模式相比较，二二导通较三三导通方式电磁转矩更大，稳定性更好，而且结合本文的反电动势检测法，使控制更为简单。

所以本系统设计采用的是传统的二二导通模式，即任意时刻都有而且只有2 只开关管导通。

可以推出功率管的导通顺序依次是：T6、T1-> T1、T2-> T2、T3-> T3 、T4 ->T4、T5-> T5、T6。

每个功率管导通120°电角度，之间间隔60°电角度，并处于关断状态，可以很好的避免死区的产生而发生主回路直通短路，此种工作方式称为两相导通星型三相6 状态方式。

由此可见逆变器功率管的换相时刻精准确定就成为了调速控制的重中之重。

图2 直流无刷电动机的工作原理
2.设备和器材：
示波器、万用表、电烙铁、焊锡丝、螺丝刀、直流无刷电动机、导线若干、电子元。

基于stm32的无刷直流电机控制系统设计

基于STM32的无刷直流电机控制系统设计随着现代工业技术的不断发展，无刷直流电机在各行各业中得到了广泛的应用。

无刷直流电机具有结构简单、效率高、寿命长等优点，因此在工业控制系统中得到了广泛的应用。

为了更好地满足工业生产的需求，研发出一套基于STM32的无刷直流电机控制系统，对于提高工业生产效率、减少人力成本具有非常重要的意义。

1. 系统设计需求1.1 电机控制需求电机控制系统需要能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制功能，以满足不同工业生产环境下的需求。

1.2 控制精度要求控制系统需要具有较高的控制精度，能够实现对电机的精确控制，提高生产效率。

1.3 系统稳定性和可靠性系统需要具有良好的稳定性和可靠性，确保在长时间运行的情况下能够正常工作，减少故障率。

1.4 节能环保控制系统需要具有节能环保的特点，能够有效降低能耗，减少对环境的影响。

2. 系统设计方案2.1 选用STM32微控制器选用STM32系列微控制器作为控制系统的核心，STM32系列微控制器具有性能强大、低功耗、丰富的外设接口等优点，能够满足对控制系统的各项要求。

2.2 传感器选型选用合适的传感器对电机运行状态进行监测，以实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性。

2.3 驱动电路设计设计合适的驱动电路，能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制，并且具有较高的控制精度。

2.4 控制算法设计设计优化的控制算法，能够实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性，同时具有节能环保的特点。

3. 系统实现与测试3.1 硬件设计按照系统设计方案，完成硬件设计，并且进行相应的电路仿真和验证。

3.2 软件设计编写控制系统的软件程序，包括控制算法实现、传感器数据采集和处理、驱动电路控制等方面。

3.3 系统测试对设计好的控制系统进行各项功能测试，包括启动、停止、加速、减速等控制功能的测试，以及系统稳定性和可靠性的测试。

基于STM32的无刷直流电机控制系统

１０００８３）（中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京
摘要：随着无刷直流电机在运动控制领域运用越来越广泛，介绍了一种基于ＳＴＭ３２系列单片机的高性能、低成本的直流无刷电机控制系统，该系统利用ＳＴＭ３２内部的高级定时器、霍尔传感器接口和硬件乘法器实现了ＰＷＭ信号的产生、
ｔｅｒｆａｃｅｓａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅＰＷＭｓｉｇｎａｌｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｏｔｒｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｎｄａｔｈｅｓｐｅｅｄ — ｃｕｒｒｅｎｔｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＰＩｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｆｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｐｏｖｒｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｏｌｒｓｙｓｔｅｍｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｄｙｎａｍｉｃｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣＭ；ＳＴＭ３２；ＰＩｒｅｇｕｌａｔｏｒ；ｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｌｏｏｐｓｃｏｎｔｏｌｒ

STM32的无刷直流电机控制系统设计

ＳＴＭ３２的无刷直流电机控制系统设计
袁先圣，刘星，叶波
（南京理工大学机械工程学院，南京２１０Ｏ９４）
摘要：针对无刷直流电机的控制特点，分别从功率驱动和控制策略两方面进行分析和设计。选用ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片作为
ＹｕａｎＸｉａｎｓｈｅｎｇ，ＬｉｕＸｉｎｇ，ＹｅＢｅ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｅｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
有刷直流电机及交流电机具有强大的优势，它具有更好的速度／扭矩性能，动态响应快，调速性能好，使用寿命长。在相同的体积和重量下，无刷直流电机能够传递更大的扭
收ＰＬＣ发送的控制指令。ＳＴＭ３２不断采集实际转速，修
环系统，一般由ＰＷＭ输出电路、逆变电路、转速控制环节
引言
无刷直流电机（ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ，ＢＬＤＣＭ）相比
等构成。本文以ＳＴＭ３２为主控制器，采用ＰＷＭ方式控制电机转速，ＭＯＳＦＥＴ驱动电机，霍尔传感器检测电机转子位置。系统同时通过串口和Ｓ７—２００ＰＬＣ进行通信，接

基于STM32的直流电机PWM调速控制

//TIM3 时钟使能
GPIOA->CRL&=0XF0FFFFFF;//PA6 输出
GPIOA->CRL|=0X0B000000;//复用功能输出
GPIOA->ODR|=1<<6;//PA6 上拉
TIM3->ARR=arr1;//设定计数器自动重装值
TIM3->PSC=psc1;//预分频器不分频
TIM3->CCMR1|=7<<4; //CH1 PWM2 模式
图 3 中经 IR2136 驱动的 6 路 PwM 信号被直接送到由 6 个 MOSFET 管组成的主功率电路。如图所示，该功率驱动采用三相全控电路，电动机的三相绕组为 Y 型联结。MOSFET 管选用 IR 公司的 IRFZ48，该管导通电阻较低，当连续流过 10A 电流时，功耗才 1．2w，根本不需要散热片就可以稳定工作。
1. 总体设计概述
1.1 直流无刷电机及工作原理直流无刷电机（简称 BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换
向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于 STM32 的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。
TIM3->CCMR1|=1<<3; //CH1 预装载使能
TIM3->CCER|=1<<0; //OC1 输出使能
TIM3->CR1=0x80WM 调速
ADC 模块
霍尔传感器

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南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生：****：**完成日期2014 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）直流无刷电机的控制系统设计与实现Design of Brushless DC Motor Controller and Implementation总计： 21 页表格： 2 个插图： 27 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）直流无刷电机控制系统设计与实现Design of Brushless DC Motor Controller and Implementation学院（系）：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师（职称）：薛晓（讲师）评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology直流无刷电机控制系统设计与实现电子信息工程专业[摘要]直流无刷无感直流电机具有体积小、调速性能好、重量轻、效率高等优点，目前在很多领域得到了的应用。

本课题设计的是无刷无感直流电机的控制，包括无刷直流电机无位置传感器控制系统和无刷无感直流电机的基本结构、工作原理、数学模型等理论进行了分析和论述，为直流电机的控制提供理论依据。

用matlab guide设计了上位机界面来进行PID参数的整定。

本课题设计了直流无刷电机的控制系统并进行了调试。

用STM32进行控制。

实验结果表明设计的转子位置检测可以很好的检测电机的反电势过零点信号，进而保证电机的正确换相和稳定运行。

整个系统可以控制无刷无感直流电机顺利启动，并通过滑动变阻器实现电机的调速。

[关键词] 无刷直流电机；电机驱动；换相；反电势Design of Brushless DC Motor Controller and ImplementationElectronic Information Engineering SpecialtyAbstract:The brushless DC motors have the advantage of small,good debugging performance,low weight,and high efficiency. So it has been widely used now. And this restricts the industrial drive applications,After the attachment with sensorless control. This paper mainly reserches the sensorless control technology for BLDCM,designs and control BLDCM without position sensor. I use MATLAB guide to debug PID parameter.designing a controller of brushless DC motor and do some experiments for this control system. I use the STM32 MCU as the core microprocessor of hardware system.The results of the experiment show that the rotor position detection system can perfectly detect the location of back-EMF zero-crossing signal,and ensuring the correct motor commutation and stable operation.The whole control system can control the brushless DC motor stating smoothly,and use the Sliding rheostat to achieve speed control.Key words：Brushless dc motor；motor drive；commutation; back-emf目录1 引言 (1)1.1 题目综述 (1)1.2 国内外研究状况 (1)1.3 课题设计的主要内容 (1)2 系统设计目标和设计方案 (2)2.1系统设计目标 (2)2.2控制系统结构总体框图的设计 (2)2.3硬件系统方案论证 (3)2.3.1 控制器芯片选型 (3)2.3.2 无刷直流电机的选型 (3)2.3.3驱动电路的选型 (4)2.3.4位置检测器件选型 (4)3控制系统的工作原理和硬件设计 (5)3.1直流无刷电机的工作原理 (5)3.2无刷电机的反电势法位置检测原理 (6)3.3电源模块 (6)3.4 MCU控制模块 (7)3.5 IPM功率模块 (8)3.6反电势位置检测模块 (10)3.7 隔离电路设计 (10)3.8 速度改变电路设计 (11)4 系统软件设计 (11)4.1软件总体设计 (11)4.2软件总体设计流程图 (12)4.3无刷无感直流电机开环启动模块 (12)4.4无刷直流电机位置检测及电机转速模块 (13)4.5 AD采样改变PWM占空比模块 (14)4.6 PID计算模块 (14)4.7 matlab gui 串行通信界面设计 (15)5直流无刷无感电机测试结果及结果分析 (16)5.1 H_PWM_L_PWM的波形 (16)5.2端电压对地波形 (16)5.3位置检测波形 (17)5.4电流波形 (17)5.5实物图 (18)结束语 (19)参考文献 (20)致谢...................................................... 错误!未定义书签。

1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。

与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。

基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。

比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。

1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。

外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。

当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。

近些年来，计算机和控制技术快速发展。

单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。

经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。

所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。

1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。

选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。

本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。

（2）直流无刷电机的转子位置检测技术，我选用最常用的反电势检测技术，本文分析了反电势法的原理，并设计了反电势的硬件实电路，进行了焊接与调试。

（3）由于无刷直流电机在静止或者转速很低的时候，其产生的反电势为零或者很小很不容易检测到，因此直流无刷电机的启动是一个难点。

（4）分析了速度换的单闭环控制策略，并用matlab guide设计了上位机界面来实现PID参数的实时整定。

（5）在确定无刷直流电机控制系统的硬件总体方案时，经过对比选择STM32芯片，选智能功率模块FSBB30CH60C为驱动芯片，并设计了无刷直流电机控制驱动电路、反电势转子位置检测电路及电流电压采样电路等。

（6）最后对整套控制系统进行了实验调试，包括软、硬件的调试，并对调试结果进行了分析。

2 系统设计目标和设计方案2.1系统设计目标直流无刷电机因为调试性能好、低噪声、体积小、控制灵活、高效率、散热性能好、寿命长等一系列的优点，本课题设计目标如下：（1）能够驱动直流无刷电机的运转并有电路保护以免器件烧坏。

（2）能够实时准确的检测到直流无刷电机转子的位置。

（3）能够实现对电机启动和停止的控制。

（4）能够通过滑动变阻器来实现直流无刷电机的无极调速。

（5）电路具有电流、电压保护，以免对电路产生不良影响。

2.2控制系统结构总体框图的设计直流无刷无感电机的控制系统能够实现的主要功能：能够准确实时的检测到无刷直流电机转子的位置、能够用三段式技术使电机能够很好的启动、PID调节技术、速度环的控制、电压保护、电流保护等主要关键的控制技术。

电机调速原理框图如下图1所示。

图1 电机调速原理框图2.3硬件系统方案论证为了能够实现无刷直流电机的可靠运转、无极调速等一系列的优点，需要选择合适的元器件来满足本课题设计的需求。

2.3.1 控制器芯片选型对直流无刷电机控制所用微处理器的选型要重点考虑以下几个方面：（1）微处理器的运行频率和运算速度得满足控制系统要求（2）微处理器片内资源是否足够，主要是I/O口的数量和电平兼容性、A/D路数及位数。

（3）微处理器的体积、工作温度等是否满足系统要求。

（4）微处理器的可靠性、生产厂商、数量和价格、上市时间等因素也需要考虑，这关系到产品的后续更新换代，以及采用该处理器开发的难易程度。

基于ARM Corte-M3内核32位单片机STM32，时钟频率最大可达72MHZ，在数字处理上经过了优化，所以本设计选用STM32F103ZET6单片机。

2.3.2 无刷直流电机的选型在选用直流无刷电机的时候，必须根据它的参数来判断其驱动电路，无刷电机的参数如表1所示：表1 无刷直流电机的参数外转无刷电机KV 最大效率电流无负载流/10v最大电流最大效率y轴径（mm）重量电阻尺寸（mm）A2212/13 KV1000 4~10A 0.5A 12A/60s 80% 3.17 47g 90mΩ27.5*30 新西达无刷电机/2212KV1000 如图2。