基于STM32的直流电机调速控制器的设计

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1、基于STM32的直流电机调速控制器的设计　　摘要：介绍了一款主要由STM32微处理器，IR2110驱动芯片，光电编码器等构成的直流电机PWM调速控制器。详细介绍了直流电机调速原理、光电编码器的工作原理。并根据整体方案设计，设计了逻辑信号处理电路、IR2110驱动电路以及主程序，PWM输出子程序等硬软件设计。本设计主要可以应用在小型电动船或车上，具有较高的使用价值。　　关键词：直流电机；光电编码器；PWM；IR2110驱动　　APWMspeedcontrollerofDCmotorbasedonSTM32　　LIZh

2、i-hongQIANChen-liang　　theSchoolofAutomation，WuhanUniversityofTechnologyWuhanHuBeiChina430070　　Abstract：APWMspeedcontrollerofDCmotorbasedonSTM32isintroducedinthispaper.ThemaincomponentsofthecontrollerareSTM32，IR2110driverIC，photoelectricencoderandsoon.Thispaper

3、elaboratedonthegovernorprincipleofDCmotorandworkingprincipleofphotoelectricencoder.Accordingtotheentireprojectplan，thehardwareandsoftwaredesign，includingsignalprocessinglogiccircuit，IR2110drivercircuit，mainprogramandPWMsubroutineweredesigned.Thiscontrollermain

4、lyappliedonsmallelectricboatorcar，whichownshigherusevalue.　　Keywords：DCmotor；photoelectricencoder；PWM；IR2110driver　　1前言　　随着电力电子技术的发展，直流电机靠其优良的控制性能和线性特性等诸多特点在工业控制、航海、汽车工程和精密家电等诸多领域内被广泛应用。[1]经过多年的研发，如今的直流电机调速技术也已经达到了一个新的高度在精准性、可控性和抗干扰性能的优良性上得到了很大的提高。[2]　　如今，数字式直

5、流调速系统已经逐渐变成了主流，本文以STM32作为主控芯片，IR2110为驱动芯片设计了一款直流电机控制器，可以通过调节光电编码器的旋转方向和角度来控制直流电机的转速和转向。该控制器可以应用于小型电动船或车上，具有较高使用价值。　　2具体原理和方法　　2.1直流电机调速原理　　在现今的诸多直流电机调速方法中，脉宽调制（PWM）调压应用最为广泛。其主要原理是：利用一个固定频率来控制电源的通断，并通过调整直流电机电枢上电压的占空比，以此调节平均电压的大小，达到控制电机转速的目的。　　如图1所示，若主流电机始终接通电源，

6、最大转速为Vmax，占空比为　　D=V1/t。在一般情况下平均转速VD和占空比可以近似看成线性关系，即电机的平均转速为VD=Vmax/t。由该式得知，只需要改变占空比就可以改变平均电压的大小，以此控制电机转速。[3-4]　　当占空比大于50%，小于50%或者等于50%时，可以分别实现直流电机的正转，反转和停止。　　2.2光电编码器原理　　本设计用绝对式光电编码器，通过调节光电编码器的旋转方向和角度来控制直流电机的转速和转向。当旋转角度和方向发生变化时，其输出信号也会改变，CPU对信号进行判断并调节占空比，从而控制直

7、流电机的转速和转向，编码器的输出信号如图2所示。　　光电编码器为输出两相正交方波脉冲信号，两者相位相差90°。每个脉冲表示被测对象的角度增量，对A和B相的脉冲信号定时计数就可以计算出电机的转速。设定当A相超前B相90°，直流电机正转；当A相滞后B相90°，直流电机反转。　　3方案设计　　3.1总体系统结构　　本设计选用STM32作为主控芯片，选用MOSFET电力场效晶体管和IR2110为驱动芯片搭建驱动电路，并带有上位机（用于给定电机转速）。编码器的输出信号先通过接口电路接至STM32的数据总线上。同时STM32输

8、出的PWM经逻辑信号处理电路产生能满足驱动电路所需的时序信号，并且对输出信号互锁保护后，加载到驱动电路上，从而实现对直流电机的控制。总体系统结构图如图3所示.　　工作原理：在一个采样周期内，编码器测得的电机转速反馈信号通过接口电路反馈到CPU。CPU从上位机得到电机的给定转速，或者系统自行给定转速。根据给定转速和反馈信号的偏差，再经PI控制算法得到控制量。C