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怎样去制作一款基于STM32F103的无刷电机（BLDC）控制器？

1951 BLDC STM32F103

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 怎样去制作一款基于STM32F103的无刷电机（BLDC）控制器？基于STM32F103的无刷电机（BLDC）控制器支持那两种模式？ 0
2021-7-20 06:00:04　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × bertvwang 该类别下有 10 个回答。邀请回答纯纯纯牛奶该类别下有 10 个回答。邀请回答王伟01 该类别下有 9 个回答。邀请回答幽默该类别下有 9 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 8 个回答。邀请回答 tutu304725938 该类别下有 8 个回答。邀请回答 dahairenlyy 该类别下有 8 个回答。邀请回答凌晨3点睡该类别下有 8 个回答。邀请回答 fhbding 该类别下有 8 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 8 个回答。邀请回答笔画张该类别下有 8 个回答。邀请回答偶是糕富帅该类别下有 8 个回答。邀请回答温暖镜头该类别下有 7 个回答。邀请回答 kmno4 该类别下有 7 个回答。邀请回答 djelje 该类别下有 7 个回答。邀请回答 pingnai 该类别下有 7 个回答。邀请回答雅博电子科技该类别下有 7 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 7 个回答。邀请回答低调de炫耀爱该类别下有 7 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 7 个回答。邀请回答举报杨静相关推荐 • 怎样去设计一种基于STM32的BLDC直流无刷电机控制器 2518 • 怎样去设计一种基于STM32F407的直流无刷电机BLDC控制硬件电路？ 1293 • 请问如何自制一款无刷电机控制器？ 1769 • 请问怎样去设计无刷电机控制器？ 1731 • 选择一款MCU作为驱动BLDC应该从哪几个方面考虑 3317 • 浅析STM32F103系列CAN控制器 3051 • 怎样使用SPNUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH去实现BLDC电机的无感控制 1113 • 如何用NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH演示BLDC电机的无感控制 2594 • 怎样去设计一种基于STM32F103芯片的智能小车呢 1502 • 如何去开发一款基于DSPic33的直流无刷电机无传感器控制系统？ 1414 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 STM32F103做主控自制无刷电机（BLDC）控制器支持有感／无感两种模式很早之前就想做一款无刷电机控制器，忙于工作一直没有弄。最近有点时间画板，打样，焊接，调试，总算顺利的转起来。期间也遇到很多问题，上网查资料，自己量波形前前后后搞了差不多近一个月，（中间又出差一周）总算搞的差不多了，特意写个总结。先来秀个板子外观，10060mm 中等大小。DC 12V输入，设计最大电流10A. （实际没试过那么大的电机，手头的电机也就5 6A的样子）硬件上可以切换有感（HALL）和无感（EMF）两种模式，外部滑动变阻器调速预留有 PWM输入、刹车、正反转、USB和uart等接口。先来说下原理无刷电机其实就是直流电机，和传统的dc电机是一样的，只是把有刷的电滑环变成了电子换向器。因为少了电滑环的摩擦所以寿命静音方面有了很大的提升，转速也更高。当然难点就在如何获取当前转子的位置好换相，所以又分为两种有感和无感。有感就是在电机端盖的部位加装霍尔传感器分别相隔30度或60度。无感就是靠检测悬浮相的感应电动势过零点（后面在细讲）。当然各有各的优缺点，有感在低速方面好，可以频繁启停换相。无感的结构简单成本低，航模上应用居多。先说有感，电源首先被分成了3个绕组 U V W这个交流电还是有区别的。它只是3个h桥按一定的顺序导通模拟出来的，本质还是直流电。电机靠hall位置按一定顺序换相，转速与电压电流有关。这一点切记，不是换的越快转的越快。（位置决定换相时刻，电压决定转速）一般调速就是调电压，6步pwm方式是目前常用的。当然后续还有foc等更好算法。硬件部分网上基本都是成熟的方案。三相H桥，H桥一般有上臂mos和下臂mos组成，如果只是简单的做演示上臂选pmos下臂选nmos控制电路简单直接用单片机的io就可以驱动。但是pmos低内阻的价格高。功率上面很难做大。这也就是为什么基本所有的商业控制器全是nmos的原因。但是上臂用nmos存在一个问题vgs控制电压大与vcc 4v以上才能完全导通。为了简化电路采用了ir公司出的驱动ic，它内部有自举升压电路。外部仅需一个续流的二极管及储能电容即可。有感模式控制相对简单，3个霍尔传感器输出一般都是数字信号，分压后直接接单片机io. 当然控制方式上也就简单很多，三个霍尔接中断输入，在中断处理程序中根据组合状态换相，程序上也没什么复杂的。主程序一直检测ad值，改变pwm占空比，及电流保护等。如下一个典型的换相代码。 Stm32 有两个高级定时器tim1 tim8 可以输出4组互补型pwm，还可以设定死区时间等，使用上非常方便。 switch（step） { case 4： //B+ C- / Next step： Step 2 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / / Channel2 configuration / TIM_SetCompare2（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCx_Enable）; / Channel3 configuration / TIM_SetCompare3（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCxN_Enable）; break; case 5： //B+ A- /* Next step： Step 3 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / TIM_SetCompare1（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCxN_Enable）; /* Channel2 configuration / TIM_SetCompare2（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCx_Enable）; / Channel3 configuration / break; case 1： //C+ A- / Next step： Step 4 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / TIM_SetCompare1（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCxN_Enable）; /* Channel2 configuration / / Channel3 configuration / TIM_SetCompare3（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCx_Enable）; break; case 3： //C+ B- / Next step： Step 5 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / / Channel2 configuration / TIM_SetCompare2（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCxN_Enable）; /* Channel3 configuration / TIM_SetCompare3（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCx_Enable）; break; case 2： //A+ B- / Next step： Step 6 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / TIM_SetCompare1（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCx_Enable）; / Channel2 configuration / TIM_SetCompare2（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCxN_Enable）; /* Channel3 configuration / break; case 6： //A+ C- / Next step： Step 1 Configuration -------------------------------------- / TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCxN_Disable）; / Channel1 configuration / TIM_SetCompare1（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIOD）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCx_Enable）; / Channel2 configuration / / Channel3 configuration / TIM_SetCompare3（BLDC_TIMx，BLDC_TIM_PERIODspeed_duty/1000）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCxN_Enable）; break; default： TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_1，TIM_CCxN_Disable）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_2，TIM_CCxN_Disable）; TIM_CCxCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCx_Disable）; TIM_CCxNCmd（BLDC_TIMx，TIM_Channel_3，TIM_CCxN_Disable）; break; } 下图为uvw三相的霍尔检测到的电平及w相的波形。下图为 uvw三相波形及w相霍尔电平下图为 w相电平， w相上臂on 下臂pwm ，w相霍尔信号。下图为w相ir2304芯片输出，上臂电压可明显看到已高于vcc，下臂为pwm信号在这里插入图片描述在说说无感模式，由于没有了霍尔，电机无法知道转子当前的位置所以就无法换相，而感应电动势也只有在转起来之后才有，所以无感模式的启动是个难点。一般方法都是分三段法，1 预定位 2 启动 3进入闭环反馈正如网友说的江湖一层纸，戳破不值半文钱。 1 预定为就是强制给某一相通电一段时间，让电机定位到这个位置。占空比30-50%不要太大，可能会发热。 2 启动，就是逐步的强制换相，当然要有个加速的过程，使电机转起来。这个过程太慢会抖动反转，太快会丢步。参数需要一点点试，有点像控制步进电机。要能使电机转的能产生电动势，我也是参照的德国MK 电调的算法每次延时时间比上一次少1/25，形成一个加速的过程，直到电机完全转起来产生足够的电动势。 3 闭环反馈控制换相跟有感差不多一样。 speed_duty=30; //30% start BLDC_PHASE_CHANGE（Step［Phase］）; //固定一相 Delay_MS（200）; speed_duty=pwm; timer = 300; while（1） { for（i=0;i《timer; i++） { Delay_US（120）; //等待 } timer-= timer/25+1; if（timer 《 25） { if（TEST_MANUELL） { timer = 25; //开环强制换向 } else { bldc_dev.motor_state=RUN; break; } } Phase++; Phase %= 6; BLDC_PHASE_CHANGE（Step［Phase］）; // } 说到感应电动势很多人不明白，先来说说电流，电机线圈的内阻通常很小比如0.2欧，电机的电压比如10v，按理来说电流100a为何电机不烧哪？？其实电机线圈在通电的一瞬间并不是完全导通的，因为有反向电动感应势的存在，可能有-9.8v。10v-9.8v = 0.2v /0.2 = 1A.这样算起来电流还合理。在说说那个初中学习的法拉第，当线圈切割磁场时会产生感应电动势，根据右手定则。。。。。。。。。不懂的自行上网搜。如下图当ac相在通电12v的情况下，静止状态下正中间中性点理论为6v，但是转起来就不一定了，因为b相实际是在切割磁场，是会产生电动势的。而电动势的大小正负取决与当前在磁场ns极的位置。当切割ns时为-1，切割sn时为1，平行时为0. 在这里插入图片描述利用这一特性不就刚好可以获得转子的位置吗？首先检测电路网上已经一大很成熟了。如下图，当然很多时候需要在4.7k对地的电阻上并一个100nf的电容，做一个低通滤波。也可以在软件中做滤波处理。我们所要做的就是检测这个悬浮相的电动势过零点。网上常用的两种方法 1 单片机ad采集。2 比较器比较。我选择了比较器lm339价格已经很便宜了。在高速上比ad有明显优势。只要比较cin bin ain 与n点的压差即可获得零点。理想很完美，现实很残酷，实际中根本得不到这么完美的波形。如下图，这个已经是比较好的了，还是有很多毛刺。这个给单片机中断，肯定一大堆问题，严重的换错相烧mos管。为什么会有这些毛刺哪，有些还挺有规律。参考了网上的介绍，这中间还有一个叫消磁的东西。原理不深究了，反正时间很短，软件上做一个滤波消掉就可以了。进入中断函数后做如下处理，定时器的中断我暂时用的20us。 const unsigned int FilterNums = 0xff; static unsigned int nums =0; static unsigned int Queue_UStatus =0; static unsigned int Queue_VStatus =0; static unsigned int Queue_WStatus =0; static unsigned char EMF_SVal =0; unsigned char Filter_U_Status=0; unsigned char Filter_V_Status=0; unsigned char Filter_W_Status=0; unsigned char EMF_Val=0; unsigned int status_h; unsigned int status_l; unsigned int Delay30deg =0; /* 清除中断标志位 */ if （ TIM_GetITStatus（TIM3 ， TIM_IT_Update）！= RESET ） { TIM_ClearITPendingBit（TIM3 ， TIM_FLAG_Update）; nums++; //缓存io状态 Queue_UStatus= Queue_UStatus 《《1;//左移 Queue_VStatus= Queue_VStatus 《《1; Queue_WStatus= Queue_WStatus 《《1; Queue_UStatus \|= EMF_U_STATUS; //赋值 Queue_VStatus \|= EMF_V_STATUS; Queue_WStatus \|= EMF_W_STATUS; //连续检测消除杂波 status_h = Queue_UStatus &FilterNums; if（status_h == FilterNums） Filter_U_Status = 1; else if（status_h == 0x0） Filter_U_Status = 0; else return; status_h = Queue_VStatus &FilterNums; if（status_h == FilterNums） Filter_V_Status = 1; else if（status_h == 0x0） Filter_V_Status = 0; else return; status_h = Queue_WStatus & FilterNums; if（status_h == FilterNums） Filter_W_Status = 1; else if（status_h == 0x0） Filter_W_Status = 0; else return; //边沿检测 status_l = UEMF_Edge（Filter_U_Status）; //U 检测边沿 if（status_l == 1） nums =0; //上升沿 else if（status_l == 0） //下降沿 { Delay30deg = nums/4; } if（VEMF_Edge（Filter_V_Status））//V 检测边沿 { nums =0; } if（WEMF_Edge（Filter_W_Status））//W 检测边沿 { nums =0; } //30度延时换相 if（nums == Delay30deg） { EMF_Val = （Filter_U_Status《《2 ）\| （Filter_V_Status《《1） \|Filter_W_Status; if（EMF_SVal == EMF_Val） return; EMF_SVal = EMF_Val; //更新值 EMF_EXTI_Callback（EMF_Val）; } } 至于网上说检测到过零点后，延时30度换相，对电源效率有影响。我试了下，好像没什么明显的差异。也有人说在大功率的电机下不延时反而更平滑等等。真实怎样有待各位实际实验了。硬盘电机无感模式电动工具电机有感模式加装散热片的样子。

2021-7-20 11:04:55 评论举报陈芳