STM32 电机教程 30 - 无刷无感入门2

2023-11-16

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。

http://file.elecfans.com/web1/M00/54/35/pIYBAFsjC5KAIWX6AAlIvqoUoGY137.gif

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:

 

 

    1. 准备操作
      1. 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。

 

      1. 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):

在BLDC.C中修改GetBldcHall函数:

在BLDC.C中修改BldcStart函数:

最后修改main.c:

 

设置工程下载后自动运行:

编译程序无误后,下载运行程序,可以看到电机可以成功运转起来,要控制电机的正反转,只需控制虚拟HALL状态的产生顺序,即修改main函数中主循环中下图所示代码 :

控制电机转速只需修改虚拟角度产生的时间间隔:

 

OK,本期实验完成!可以看出本节使用SPWM波驱动后电机的转动效果要比上一节的6步方控制控制方式更好平稳,噪音也更小,同时电机的转矩波动也变小了 ,不过和上一节一样,本节的电机运行效率也不高,电流同样大,同时电机在启动时有时会抖一下,接下来的章节我们将一一解决上述问题,实现直正的无感无刷电机控制。最后喜欢这个公众号的同学们记得加关注了,每天都会有技术干货推出!!

 

 

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在公众号里给十三发送 “下载|STM32 电机教程 30” :

 

 

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