基于ARM的无刷直流电机控制系统设计

《基于ARM的无刷直流电机控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于ARM的无刷直流电机控制系统设计◆桂　欣摘要：随着无刷直流电机应用领域的不断扩大，对控制系统的稳定性和控制精度提出了更高的要求。应用STM32F103RBT6ARM芯片作为控制器，建立了无刷直流电机双闭环控制系统，并介绍了该电动机控制系统的硬件结构及软件流◆程。该系统的控制策略采用速度环采用积分分离的PI算法，电流环采用变速积分的PID算法。经实验分析，系统响应速度快，超调量小，稳定性好。关键词：ARM/STM32；无刷直流电机；控制系统无刷直流电机既具有结构简单、运行效率高和调速数转换器，多达7个定时器，满足采样与定时的要求，性能好等特点，广

2、泛应用于航天、数控、医疗器械等领拥有电机控制的各类接口。域，尤其是调速和伺服系统中。本文采用ARM实现无1.2驱动部分刷电机的控制，ARM不但在处理速度及精度上能达到驱动部分采用PS21965-4A智能功率模块(IPM)实现DSP的数量级，满足复杂的控制算法，还具有比单片机电机所需的三相逆变驱动电路。IPM不仅把功率开关器更丰富的外设接口和电机专用集成芯片的控制电路，能件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过方便地进行实时控制。电流环和速度环采用改进的PID电流和过热等故障检测电路，即使发生负载事故或使算法，满足高精度的需求。用不当，也可以保

3、证IPM自身不受损坏，出现故障时，IPM会将故障信号送到STM32的错误端口，STM32关闭一、系统硬件结构PWM输出锁定电机起到保护作用。控制系统通过CAN总线与上位机(PC)进行通信，以1.3检测部分ARM芯片STM32F103RBT6作为主控制器，采用PWM无刷直流电机的加速度与电动机的转矩成正比，而方式控制电机转速，IPM驱动电机，采用霍尔元件检测转矩又与电动机的电流成正比，要实现电机的高精度高转子位置和定子电流，增量式光电编码器来检测电机转动态性能控制，就需要同时对电机的速度、电流及位置速。STM32不断采集实际转速，修正上位机给出的控制

4、进行检测和控制。转速，实现对电机的转速闭环控制。系统结构框图如1.3.1位置检测位置检测采用霍尔传感器，其三路位置信号的输出与STM32的3个输入引脚相连，每个输出信号的上升沿和下降沿都被检测到，由STM32的霍尔接口接收对其进行译码以确定电机换相,由于STM32采用内部级联的方式实现换相，整个过程同步进行，驱动效率更高。1.3.2速度检测转速检测的精度对系统的控制效果有较大影响，考图1系统结构图虑到STM32本身具有正交编码接口，而且可编程编码1.1控制部分器的输入频率，因此为了获得更高精度和快速的数字测控制器完成PWM波的配置，包括电机的启停、

5、正速，本系统采用增量式光电编码器来检测电机转速。另反转、输出占空比，速度信号、电流采样信号的接收转外，选用的光电编码器输出的是5V数字电平，STM32换和计算处理，执行速度和电流闭环控制算法，以及与的端口都可以容忍5V的输入，因此无需附加特别地电上位机的实时通信。STM32F103RBT6主频为72MHz，平转换电路，编码器输出可通过光电隔离后直接连接到芯片内部集成CAN控制器，具有DMA功能的2个12位模STM32的编码器接口。信息系统工程│2012.3.2033EDUCATIONFORUM教育论坛1.3.3电流检测三、软件结构电流检测采用隔离式

6、的霍尔电流传感器LTA50P／SPl对直流母线上的电流进行检测。STM32芯片的可读主程序的功能是初始化STM32所需要用到的控制◆　　　　　　　电压范围的为0-5V，可将霍尔电流传感器采样转换后的寄存器(包括设定系统时钟、系统状态寄存器等)、初始电压值直接送入STM32的A/D端口，转化成数字量进行化I/O端口(包括PWM输出和检测模块的接口及通信端过流判断以及参与电流环运算，并且STM32的A/D的转口)、初始化中断设置(确定系统所需要用到的中断类别换可以开启DMA通道，转换效率更高，实时性更好。及中断源)、检测电机的初始位置以及初始化需用到的

7、控制变量等。中断程序主要是实现转速调节(包括速度二、控制策略调节子程序和电流调节子程序)。系统软件流程如图3。为了达到控制精度和动态性能，本系统选用了转速、电流双闭坏调速系统，它具有良好的起动和抗干扰性能，可以满足本系统的需要。电流环的作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部干扰，限制最大电流保障系统安全运行，电流环采用变速积分的PID调节器。变速积分PID算法的基本思想是：改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应；偏差越大，积分越慢；反之越快。为此，可以取非线性函数f[e(k)]，f的值在0－1区间变化，当偏差大于A+B时，证明此时已进入饱和区，

8、这时f=0，不再进行积分项的累加；

9、e(k)

10、≤A+B时，f随偏差的减小而增大，累加速度加快，直至偏差小于B后，累加速度达