基于STM32的BLDC控制系统设计毕业论文.docVIP

基于STM32的BLDC控制系统设计 摘要：结合BLDC控制原理，设计了基于IR2110的BLDC驱动电路，实现对由IRF540搭建的主电路的驱动，通过安装在BLDC中的霍尔传感器反馈信号，结合STM32单片机高级定时器TIM1以及普通定时器TIM2采集的霍尔传感器状态，nokia5110实时显示电机转速 关键词：STM32；IR2110；无刷直流电机；有位置传感器；IRF540；Nokia5110 引言 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。 根据BLDC主控制器的性能不同，控制技术大致有以下几种。）定子绕组互联方式带有输入捕捉中断三相电机控制PWM定时器可以通过梯形波驱动控制无刷直流电机带有输入捕捉中断三相电机控制PWM定时器正弦波驱动控制无刷直流电机）输入捕捉中断三相电机控制的带死区PWM定时器若控制器带死区时间也可以通过简单矢量控制控制无刷直流电机若是高性能MCU＋MAC、高速A/D转换器输入捕捉中断三相电机带控制的死区PWM定时器控制器矢量控制（FOC））输入捕捉高速A/D 转换器中断三相电机控制PWM定时器无传感器梯形波驱动控制高性能MCU＋MAC、 高速A/D转换器中断三相电机带控制的死区PWM定时器无传感器矢量控制 本文正是设计开发基于STM32的有位置传感器无刷直流电机的控制系统。 2 系统方案设计 2.1方案论证 方案1：当前计算机技术的空前发展为智能控制提供了良好的工作平台，通过计算机我们可以控制高度复杂的系统，但随之而来的是高成本，高技术含量，需要匹配高技术人才。 方案2：STC51单片机具有可靠性高，配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，抗干扰能力强，系统的设计建造工作量小，维护方便，容易改造体积小，重量轻，能耗低。但是51单片机资源太少，无刷直流电机的控制需要庞大的外围电路，。 可编程逻辑控制器，具有功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强 ，使用方便，编程简单，采用简明的梯形图，安装简单，容易维修 抗干扰能力和可靠性能力都非常强，但是它的成本非常高。 方案4：STM32单片机拥有集成了AD、高级定时器TIM1等外设，高性能MCU＋MAC、高速A/D转换器输入捕捉中断三相电机带控制的死区PWM定时器外设，足以完成的控制 根据系统设计要求方案基本完成对无刷直流电机的控制，并且此方案用到的芯片数量少易于控制，维护性强。 2 本设计是基于单片机的无刷直流电机控制的系统，主要由主控制装置、驱动装置、信息通道三部分构成。主控制装置是整个系统的核心装置，主要实现无刷直流电机换相、计算无刷直流电机转速等功能，位置传感器霍尔信息判断换相和计算无刷直流电机转速。用来修改设定速度matlab gui用电机转速变化趋势，nokia5110实时显示无刷直流电机转速1所示。 图1系统框图 3 无刷直流电机系统的工作原理和控制方法 3.1 无刷直流电机的基本工作原理 3.1.1无刷直流电机的数学模型 经典的无刷直流电机的三相桥式驱动电路设计等效电路如图2所示。 2无刷直流电机等效电路图 根据电机的等效电路图，可知三相绕组的电压方程，如下： +p++ （1） 该式中 ua、ub、uc 和 ia、ib、ic 分别为三相相电压和电流；un 为中性电压。计算可以得到电压方程为公式 =+p++ (2) 可以计算出电机的反电动势方程为： (3) 其中为电势常数, ,为每极的磁通量。 可以计算出电机的转矩方程为： （4） 其中为转矩常数为电枢电流 3.1.2换相原理 永磁无刷直流电机的换相电路是实现其平稳换相的关键，用来控制着无刷直流电机三相绕组通电依次顺序和时间。常见的通电换相顺序如图 图3通电换相顺序图 常用无刷直流电机的逆变器采用三相桥式主回电路的控制方式一般二二导通模式。根据上图换相时序图可知，一个周期都存在 6 种导通状态，以 60°电角度为间隔改变。 本系统设计采用的是传 统的二二导通模式，即任意时刻都有而且只有 2 只开关管导通。每个功率管导通 120°电角度，之间间隔 60°电角度，并处于关断状 态，可以很好的避免死区的产生而发生主回路直通短路，此种工作方式称为两相导通星型三6状态方式。 由此可见逆变器功率管的换相时刻精准确定就成为了调速控制的重中之重。下面将主要介绍常用位置传感器检测技术来确定换相时刻。 3.2 位置传感器无刷直流电机的控制法 无刷直流电动机的位置检测主要分为采用霍尔传感器检测方法和无位置传感器检测两大类。主要采用霍尔传感器检