基于基于STM32的有感直流无刷电机控制器的有感直流无刷电机控制器
设计了基于STM32处理器的有位置传感器的直流无刷电机控制器,采用电子换相取代传统有刷电机的电刷换
相,弥补了传统有刷电机寿命短、发热严重问题。直流电机转子位置信息通过霍尔传感器检测,根据电机换相
原理,控制器输出PWM波到智能逆变器IPM驱动电机运行。移植网络协议LWIP对工业现场电机进行统一管理。
邹晓康,张浩然
(浙江师范大学 数理与信息工程学院,浙江 金华321004)
摘要摘要:设计了基于
关键词 关键词:STM32;控制器;直流无刷电机;IPM;LWIP
0引言引言
随着现代机械工业的发展,传统的有刷电机广泛应用于工业控制的各个方面,但由于其本身构造存在换相电刷导致运行时
换相抖动大、电机线圈发热严重的问题,长时间运行电刷本身磨损导致使不能正常使用[1]。新兴的直流无刷电机在电机控
制器驱动下,采用电子器件换相,从而避免了这些问题,延长了电机寿命,提供大扭矩输出,提高电机运行稳定性和可靠性
[2],并且在控制器上嵌入以太网口,实现工业现场所有电机统一管控。
1系统设计原理系统设计原理
根据市场应用广泛的有刷电机存在电刷磨损以及电流换相噪声大的缺陷,设计一种基于ARM的无位置传感器的直流无刷
电机(BLDC)控制器以电子换向取代了机械换相器。基于STM32的有感直流无刷电机控制器,根据电机内嵌的三个霍尔传感
器的输出电平判断转子位子信息,STM32处理器高速运行换相程序,依据转子位子来导通或关断逆变驱动模块,实现电机线
圈的通断电,进而实现换相[3]。通过STM32自带的高速AD模块,采样电机线圈中心电压实现有电机线圈过流保护,采样
电池电压实现电池检测,采样电位器电压设定速度输入。通过线圈电流参数和转子转速参数,实现电机的双闭环控制。由于采
用高速集成处理器和智能驱动模块,集成的内部资源丰富,既简化了电路的复杂程度,也提到了电路的稳定性。
2系统硬件设计系统硬件设计
基于STM32的有感直流无刷电机控制器的原理图如图1所示。其中控制器采用STM32F407,收发隔离模块1采用金升阳的
DP83848,主要实现能量检测和隔离高电压功能,通过标准以太网接口连接于控制器内嵌的MAC控制器3,实现以太网通信。
霍尔输入端子9为电机霍尔传感器输入接口,连接于电压匹配电路10,使霍尔输入电平匹配控制器电平,电平匹配后输入到控
制器输入捕获端口。控制器捕获霍尔传感器的位置信息并且得到电机转速,高速运行换相程序,输出PWM4驱动逆变电路5的
功率管通断实现电机6换相。设定速度12即电位器电平,实现外部对目标转速的设定,连接于模数转换模块14。电源分压电路
8对电源分压后输入到模数转换14,实现电源电压的监测。电机6中线电压连接于放大电路7,实现对电机的过流保护。嵌入式
控制器13高速运行换相程序、以太网协议、速度电流双闭环PID控制程序,分别实现电机换相正常运行、网络通信的统一管理
以及电机转速控制。
基于STM32的有感直流无刷电机控制器最主要的硬件电路为逆变驱动电路,传统的驱动电路一般采用驱动芯片和IGBT管
结合的驱动桥电路,而本设计采用智能驱动模块FSBB30CH60F,可耐600 V高压和30 A大电流,内部集成智能驱动芯片和功
率管,集成度高,大大简化了驱动电路的复杂性,提高了驱动电路的可靠性和安全性。驱动电路如图2所示。
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