第４５卷 ２０１２焦 第５期 ５月 截＇Ｉ｝瓤 ＭＩＣＲ０ＭＯＴＯＲＳ Ｖｏ１．４５．Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０１２
基于ＳＴＭ３２的大扭矩永磁同步电机控制系统设计
王俊，李小清，曾理湛，王玉凯
（华中科技大学，武汉４３００７４）
摘 要：针对一种应用于港口机械的大扭矩永磁同步电机直接驱动系统，本文分析了其矢量控制原理，以ＳＴＭ３２微 处理器为核心进行了控制系统软硬件设计，重点介绍了ＳＴＭ３２处理器模块、增益可调的电流检测电路、旋转变压器 接口电路、ＩＰＭ驱动保护电路等的设计与实现，最后通过实验验证了控制系统的有效性。 关键词：同步电机；矢量控制；ＳＴＭ３２；增益可调 中图分类号：ＴＭ３５１；ＴＭ３４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１２）０５—００３６—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｈｉｇｈ—ｔｏｒｑｕｅ ＰＭＳＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２
ＷＡＮＧ Ｊｕｎ，ＬＩ Ｘｉａｏｑｉｎｇ，ＺＥＮＧ Ｌｉｚｈａｎ，ＷＡＮＧ Ｙｕｋａｉ （Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ—ｔｏｒｑｕｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ） ｕｓｉｎｇ ｆｏｒ ｐｏｒｔ ｍａｃｈｉｎｅｒｉｅｓ，ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ ｈｉｇｈ－ｔｏｒｑｕｅ ＰＭＳＭ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ＳＴＭ３２ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ＳＴＭ３２ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ， ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｗｉｔｈ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｇａｉｎ，ｒｅｓｏｌｖｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ＩＰＭ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＭＳＭ；ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＳＴＭ３２；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｇａｉｎ
第９卷第１期 ２０１１年２月 福建工程学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．９ Ｎｏ．１ Ｆ ｂ．２０１１
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４３４８．２０１１．Ｏ１．００１５
基于ＳＴＭ３２的永磁同步电机驱动器设计
张程
（福建工程学院电子信息与电气工程系，福建福州 ３５０１０８）
摘要：设计了一种采用永磁同步电机驱动、ＳＴＭ３２处理器、空间磁场定向控制技术（ＦＯＣ）和空间电压 矢量脉宽调制技术等开发的专用驱动器，实现永磁同步电机的数字化变频调速，实现了无传感器技术 在永磁同步电机控制的应用，大大降低了驱动器的成本。 关键词：ＳＴＭ３２；ＳＶＰＷＭ；永磁同步电机 中图分类号：ＴＭ９２１．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－４３４８（２０１１）０１—００６１一ｏ４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｒｉｖｅｒ ｆｏｒ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２
Ｚｈａｎｇ Ｃｈｅｎｇ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｆｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｄｒｉｖｅｒ ｗａｓ ｐｒｅ—
ｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ＰＭＳＭ ｄｒｉｖｅ，ＳＴＭ３２ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｆｉｅｌｄ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
（ＦＯＣ）ａｎｄ ｓｐａｃｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＶＰＷＭ）．Ｄｉｇｉｔａｌ
STM32 Nucleo
扩展板快速、经济的原型设计和开发
STM32开放开发环境（ODE）在一个开放、灵活、简单、经济的开发环境下，基于STM32位微控制器，结合其他通过扩展板连接
的ST尖端原件，从而快速进行原型设计，迅速转换为最终设计。
STM32 ODE包括下述五个单元：
• STM32 Nucleo开发板。全面的经济型开发板，适用于所有STM32微控制器系列，具有无限的统一扩展能力，具有集
成的调试器/编程器。
• STM32 Nucleo扩展板。该扩展板具有更多功能，能按需增加传感、控制、连接、供电、音频或其他功能，可以插在
STM32 Nucleo开发板上，更复杂的功能可以通过堆叠更多的扩展板来实现。
• STM32Cube软件。协助迅捷地在STM32上开发的一套免费工具和嵌入式软件模块，包括硬件抽象层、中间件和
STM32CubeMX 基于PC的配置器和代码生成器。
• STM32Cube扩展软件。该扩展软件免费提供，与STM32 Nucleo扩展板配置使用，兼容STM32Cube软件框架。
• STM32Cube功能包。功能案例集合包含一些最常见的应用样例，这些案例均利用STM32 Nucleo开发板和扩展
板、STM32Cube软件和扩展的模块化和互操作性构建。
STM32开放式开发环境兼容许多IDE（包括STM32CubeIDE、IAR EWARM、Keil MDK-ARM和GCC/基于LLVM的IDE），能够集成
各种组件，如STM32CubeMX、STM32CubeProgrammer或STM32CubeMonitor。详情请访问
/stm32odeSTM32 ODE众多可扩展板的组合不仅基于先进商用产品，而且提供了模块化软件，从驱动器到应用层，可实现方案的快速成型，顺利转化为
最终设计。
如需开始您的设计：
• 选择符合您所需功能的合适STM32 Nucleo开发板（MCU）和扩展（X-NUCLEO）板（传感器、连接、音频、电机控
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基于ＳＴＭ３２的无刷直流电机控制系统设计及低速平稳性分析
范晋文 唐立军 吴定祥。贺慧勇
（１．长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙４１０００２；２．长沙亿旭机电科技有限公司，湖南长沙４１０００７）
摘要：设计了低压ＢＬＤＣＭ控制系统，以换相理论为基础分析了减小转矩脉动的方法。实验证实，该系统能很好地实现无刷直流电
机的运行控制，且低速提前换相策略能有效抑制电机低速时的换相转矩脉动，具有较高的工程实用价值。
关键词：无刷直流电机；提前换相；转矩脉动；低速平稳性
０引言
永磁无刷直流电机（ＢＬＤＣＭ）使用的是电子换相，而非有
刷换相，其具有效率高、噪音低、结构简单、可靠性高和维护性 低等特点，因此被誉为高性价比电机。但ＢＬＤＣＭ在换相的时
候存在力矩波动，不但影响了低速时的运动控制性能，而且还
会产生噪声、振动、谐振等一系列问题，使得ＢＬＤＣＭ在低速运
动时的应用受到很大限制。在电机换相时，反电势与电流均会
产生变化，它们之间相互影响，从而导致了换相时的转矩脉动。
本文根据ＢＬＩＸ２Ｍ在换相暂态时刻电流波动所造成的转
矩脉动提出了提前导通的换相方法。利用ＳＴＭ３２定时器估算 出换相时问，控制ＩＧＢＴ在换相时刻来临之前提前导通，从而消
除换相所引起的转矩脉动。
１换相理论与减小转矩脉动方法
１．１电机换相转矩分析
对于ＢＩ ＤＣＭ控制而言，电磁转矩脉动和换相转矩脉动是能够
通过控制手段得到抑制的转矩脉动。其中，换相转矩脉动是电机 转矩波动的主要原因，国内外有诸多文献对其进行了研究和分析。
无刷直流电机运行时。每个状态都有导通域和换相域，每个工作
状态的周期为６Ｏ。电角度。在导通区域，定子绕组有两相导通；在换 相区域，三相定子绕组均导通，分别为不换相相、电流上升相和电流
衰减相。当绕组Ａ、Ｂ相导通时电机电流方程为：
ｆ ｈ＝ｅＡ－－ｅＢ＋２（Ｌ一 ＋２Ｒｉ 出
