怎样使用SPNUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH去实现BLDC电机的无感控制

什么是无刷直流电机（BLDC）？无刷直流电机有哪些优点？

怎样使用SPNUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH去实现BLDC电机的无感控制？

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郭舒静

2021-7-29 15:43:47

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
前面的课程内容我们讲了无刷电机有感方式控制，有6步方波控制，FOC控制等，但这些控制也得到电机的转子位置，即需要额外的电机转子位置检测传感器，前面的课程我们也学习过步进电机的基本控制方法，那么三相无刷电机BLDC/PMSM能否也像步进电机一样控制它运转呢，其实也是可以的（不过电机的控制效率不高），上一讲我们实现了步进电机控制思想下的BLDC无感6步方波控制，实现了电机的正反转，但电机效率底，转矩脉动大，本节再给大家演示无感无刷电机的步进电机控制思想下的正弦脉宽调制（SPWM）波控制效果。
先解释一下正弦脉宽调制（SPWM），叠加在MOS管的直流电压可以通过PWM开关控制来等效成正弦电压，由于中性点为0，因此电机的相电压也为正弦，从而使得电机相线电流也成正弦变化规则，消除了转矩波动。根据面积等效原理，正弦波还可以等效成PWM波。下图所示，通过这种方式我们不停的调整PWM的占空比来实现正弦电压效应。

正弦波与PWM波的等效图
本节SPNUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH快速为演示一下BLDC电机的无感控制（步进电机方式，SPWM波）！
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），本节主要目的是给大家演示无位置传感器时的BLDC 6步方波控制（步进式），仅需让BLDC电机实现简单正反转动即可，仅需用到IN1，IN2， IN3和OUT1，OUT2，OUT3以及HALL传感器信号接口H1，H2，H3。

需要用到的信号
对应MCU引脚
EN1
PC10
IN1
PA8
EN2
PC11
IN2
PA9
EN3
PC12
IN3
PA10
H1（本节不用）
PA15
H2（本节不用）
PB3
H3（本节不用）
PB10
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，（接下来红色内容本节用不上，可不管）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。
本节工程直接在《STM32 电机教程 11 - BLDC 6 步方波开环速度控制》一节工程基础上修改即可，直接修改源代码：
给工程加入本节需用到的fastSin.c、delay.c（（放于Src文件夹中））及cfastSin.h、delay.h、User.h（放于inc文件夹中）：