基于STM32的无刷直流电机控制系统

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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的直流电机PWM调速控制

(《嵌入式系统及接口技术》课程大作业)课程名称：嵌入式系统及接口技术班级专业：姓名学号：指导老师：电动摩托车控制器中的电机PWM调速摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。

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。

工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2 总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。

图1 总体方案系统框图该方案主要运行状况如下：通过摩托车车把的转动来改变其机械位置，然后这个变量通过ADC 转换后，传送其调速信号给STM32F103，另外，霍尔传感器将其对电机速度的检测信号也传送给STM32，在STM32中，首先根据ADC 的值改变PWM 波形，并且与霍尔传感器的检测信号进行叠加，最终输出叠加后的PWM 波形给功率驱动电路，从而驱动电机并对其进行速度的控制和调节。

基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控制器的设计-毕业论文

2015届毕业生毕业论文题目: 基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控制器的设计2015 年5月20日摘要电动摩托车具有零排放、低噪声等许多优点,是现代绿色环保交通工具,由于比较方便、快捷,所以许多人选择它作为自己的出行工具，成为大中城市公共交通的补充。

电动摩托车上一般用的都是无刷直流电机，所以电动摩托车控制器的质量非常重要。

本文首先介绍了无刷直流电机结构和换向原理，紧接着介绍了波脉宽调速原理直和流无刷电机的工作原理。

然后做相关的电路图设计，主控芯片的选择、电流检测电路、霍尔位置传感器信号检测电路、电源转换与电压采样电路、电机驱动电路设计、刹车和调速电路设计、STM32 芯片无刷电机控制接口电路，这些电路图设计是控制器的关键部分。

接着叙述了软件部分的设计，主要包括：主程序的设计、过流保护、欠压保护、电制动程序等。

通过输入程序可以改变PWM波的占空比，所以电枢电压的大小也可以调节，进而调节转速。

最后采用STM32单片机为控制核心,设计了电流检测保护电路、位置信号检测电路、电源转换电路、欠压保护电路等,由于单片机成本低、功能强大、运算能力强等优点,提高了控制系统的可靠性的同时,也降低了控制成本。

我们不仅完成电机控制器的设计，同时也加深了相关知识的理解和联系。

关键词：无刷直流电机、stm32、电路设计、目录1、绪论 (3)1.1电动车的现状 (3)1.2研究电动车的意义 (4)1.3本论文的主要工作 (4)2无刷直流电机控制系统的设计 (5)2.1. 直流无刷电机的结构 (5)2.2 直流无刷电机的工作原理和控制方法 (6)2.3 单片机选型 (8)2.4 无刷直流电机选型 (11)3系统硬件电路的设计 (13)3.1硬件系统总体结构设计 (13)3.2电源电路设计 (13)3.3无刷直流电机霍尔位置传感器接口电路设计 (14)3.4 刹车和调速电路设计 (15)3.5过流保护电路 (16)3.6三相全桥驱动电路 (17)3.7 过压、欠压保护电路 (18)4系统软件设计 (19)4.1 系统整体软件设计 (20)4.2直流无刷电机控制的软件设计 (22)4.3系统各部分功能在软件中的实现 (24)4.4 STM32检测霍尔信号和输出PWM软件设计 (25)5.总结和展望 (27)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)1、绪论1.1电动车的现状随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,机动车保有量逐渐增加,环境污染也因此越来越严重,所以寻找低排放的技术和可再生资源称为一个重要课题。

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器

基于STM32的无刷直流电机控制器作者：周文军官洪运来源：《中国科技博览》2014年第14期1.东华大学信息科学与技术学院，上海市201600；2. 东华大学信息科学与技术学院，上海市201600摘要：无刷直流电机是永磁式同步电机的一种。

它既具备交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好等特点，而且还有起动力矩大、起动电流小、噪声低、体积小等优点，因此被广泛应用于工业控制领域。

STM32F107系列芯片是具有ARM Cortex-M3内核的可用于工业控制领域的芯片，具有强大的处理能力和丰富的片载外设，非常适合制作低价位的无刷直流电机的控制器。

本文研究了模糊自适应PID控制算法在无刷直流电机中的应用，并设计了低价位的STM32F107VCT6来控制无刷直流电机，完成了无刷直流电机控制器的制作及调试工作。

实验结果表明，与传统的PID控制相比，模糊自适应PID控制的无刷直流电机控制系统具有转速响应快，超调量小等优点，使系统对扰动和参数变化都具有较强的鲁棒性，达到了较好的控制效果；而且基于STM32的控制器价位低。

关键词：无刷直流电机；自适应；PID控制；参数自整定；STM32【分类号】TM330 引言无刷直流电机的起动力矩大，起动电流小，运行效率高，调速性能好，噪声低，体积小，被广泛应用于工业生产控制领域。

但是，它又具有时变性、非线性、强耦合等特点，传统的PID 控制难以达到控制器的性能要求。

本文在传统的 PID 控制基础上采用模糊自适应算法，自动实现对PID参数的自整定。

学者们研究出了许多以单片机或 DSP 为核心的数字控制器。

然而，以单片机为核心的控制器虽然性能好，但运算速度和内存有限，难以运行许多复杂的控制算法；以 DSP （Digital Signal Processor）为核心的控制器虽然可以实现一些复杂的控制算法，但是DSP芯片的成本相对较高，设计复杂，研发周期长，成本高。

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

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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
中图分类号：ＴＰ２１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—１８４１（２０１３）０９—００６８— ０２
ＢＬＤＣＭＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２
ＺＨＡＮＧＸｉ，ＺＥＮＧＤｉ — ｈｕｉ，ＷＡＮＧＹｏｎｇ — ｌｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＢｅＵｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
ｂａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２ｓｅｉｒｅｓｏｆＳＴ，ｉｔｈａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｌＯＷｃｏ鼻ｔ．ＩｔｕｓｅｄＳＴＭ３２ｉｎｔｅｒｎａｌａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｉｍｅｒ，Ｈａｌｌｓｅｎｓｏｒｉｎ－
转子位置检测和速度、电流双闭环增量式ＰＩ控制；并对该控制系统的硬件环节及其软件的实现进行了阐述。实践证明，该控制系统具有良好的动态性能和控制精度。
关健词：无刷直流电机；ＳＴＭ３２；ＰＩ调节器；双闭环控制
机的转速闭环控制。系统结构框图如图２，控制器核心采用
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢ芯片，主频为７２ＭＨｚ，芯片内部集成ＵＳＡＲＴ控制器，具有２个ｌ２位模数转换器，５个多功能定时器，满足采样与定时的要求，拥有电机控制的各类接口。它完成了ＰＷＭ波的产生、速度信号、电流信号采样的接收转换和计算处理。
１系统硬件结构
控制系统通过ＲＳ一４８５总线与上位机进行通信，以ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢ芯片作为主控制器，采用ＰＷＭ方式控制三相电桥（如图１）调节电机转速，采用霍尔元件检测转子位置和电机转速，三相电桥的低端增加一个检流电阻测定子电流。主控芯片不断采集实际转速，修正上位机给出的控制转速，实现对电
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓＢＬＤＣＭｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｏｔｉｏｎａｌｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｋｉｎｄｏｆＢＬＤＣＭｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
２０１３芷
仪表技术与传感器
ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ
２０１３Ｎｏ．９
第９期
基于ＳＴＭ３２的无刷直流电机控制系统
张唏，曾迪晖，王永立