如何快速实现BLDC的闭环电流控制

　　前言
　　无刷直流 （Brushless Direct Current， BLDC）电机是一种正快速普及的电机类型，它可在家用电器、汽车、航空航天、消费品、医疗、工业自动化设备和仪器等行业中使用。正如名称指出的那样，BLDC 电机不用电刷来换向，而是使用电子换向。BLDC 电机和有刷直流电机以及感应电机相比，有许多优点。其中包括：
　　• 更好的转速－转矩特性
　　• 快速动态响应
　　• 高效率
　　• 使用寿命长
　　• 运转无噪音
　　• 较高的转速范围此外，
　　由于输出转矩与电机体积之比更高，使之在需要着重考虑空间与重量因素的应用中，大有用武之地。
　　
　　无刷电机
　　上一节成功实现了BLDC电机开环速度控制，本节将用NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH快速实现BLDC的闭环电流控制！
　　本节所用电机为2836无刷电机，电机有两组线（hall传感器线和电机三相线），工作电压24V，最大转速12000rpm：
　　示例详解
　　本节用到ST官方推出的NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH 开发板。
　　NUCLEO-F103RB对应的大致原理接线图：
　　
　　X-NUCLEO-IHM07M1 3SH部分原理图：
　　
　　
　　
　　
　　准备操作
　　X-NUCLEO-IHM07M1 3SH是一款专门用于PMSM（永磁同步）或BLDC（直流无刷 ）的电机驱动板，其电机驱动板驱动芯片型号为L6230（详细数据手册可在st官网下载），本节需用到IN1，IN2， IN3和OUT1，OUT2，OUT3， HALL传感器信号接口H1，H2，H3以及单电阻电流采样接口PC1。
　　
　　
　　
　　需要用到的信号
　　为了更加简单地介绍清楚BLDC 6 步方波控制的具体实现，为了实现电机的速度控制，本节直接使用STM32的TIM1产生三路PWM波对应信号IN1、IN2、IN3，通过调节PWM波占空比实现电机的速度控制；将EN1、EN2、EN3配置成普通输出IO口输出模式，H1，H2，H3配置成TIM2的hall传感器模式，并开启T1的捕获中断，中断触发模式为双边触发模式，在中断服务程序中实理更加快带的电机换相（6步换步）操作，PC1配置成AD采样引脚，本节以电机在2个PWM周期内采多个64，以这64个点的平均值作为电机的平均电流，对配合PID控制器实现对其闭环控制操作。
　　在STM32CubeMX中，有专门的NUCLEO-F103RB工程模板，新建一个Cube工程，芯片型号为st32f103rb：
　　
　　
　　生成一个简单的工程模板实现了RCC，SYS，USART2接口的配置，同时还实现了LD2（LED）引脚的配置。接下来手动配置各功能模块，首先是TIM1，配置成三路PWM 模式1输出，PWM载波频率是20Khz = 72M/（2+1）/（1199+1），各通道初始PWM波是500：
　　
　　
　　使能TIM1的UPDATA中断，在中断服务程序中完成电流PID运算及控制：
　　
　　接下来是TIM2配置，开启三路输入捕获功能，使能XOR功能，开启定时器中断：
　　
　　
　　上图中所述想要直接利用TIM2的HALL传感器功能，仅在CUBE中配置是不点问题的，原因如下，在配置输入捕获通道时，很多模式不可选：
　　
　　而要直正实现STM32的定时器HALL传感器接口功能，除了要开启XOR功能外（在CUBE可直接勾选）：
　　
　　还需要用到TI1F_ED（直接的双边沿检测）信号，TRC信号。。并最终产生CC1I中断，完整的信号流图如下图：
　　
　　故还需要开启中断，并最终要在自动生成的TIM.C中进行适当修改（后面源码上有介绍）：
　　
　　配置ADC：
　　
　　
　　本例ADC采电机电流工作在单电阻采样模式下，如上图所示，电机电流与ADC采样电流之间的关系式为（JP1，JP2不接）： V = 3*0.33*I，其中0.33为采样电阻的阻值，I为电机电流，V为放大3倍后的电机。
　　使能ADC的DMA功能：
　　
　　接着将PC10，PC11，PC12普通IO功能配置，GPIO_OUTPUT模式，默认输出为低：
　　
　　最后是中断优先级配置：
　　
　　生成工程：
　　
　　打开工程， 加入事先准备好的bldc.c，pid.c， visualscope.c 和bldc.h，pid.h， visualscope.h（.c在src文件夹中 .h在INC文件夹）文件：
　　
　　同时在tim.c及stm32f1xx_it.c中加入如下代码：
　　
　　
　　
　　
　　在dma.c中关闭dma中断：
　　
　　在adc.c中加入求平均电流代码：
　　
　　
　　在adc.h中导出变量及函数名：
　　
　　最后在main.c中加入如下代码：
　　
　　
　　
　　设置工程下载后自动运行：
　　
　　
　　编译代码，调试代码，通过修改PID的REF（红色）电机电流的跟踪情况（黄色），本例中对电机电流的计算方法较为简单，直接把有值的数据加起来取平均，其实还可以加入一些滤波算法，使的电机电流波形更加平稳。
　　
　　下图给出两个示波器中观察到的PC1引脚上的电压波形图：
　　
　　电机转动时
　　
　　电机堵转时
　　OK，本期实验完成！本节BLDC电流闭环控制内容到此结束，下一节将给大家介绍闭环速度控制。最后如果大家有什么疑问或是有想了解的其它内容，也欢迎大家留言！！最后喜欢这个公众号的同学们记得加关注了，每天都会有技术干货推出！！