无刷直流电机的控制系统设计
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ELECTRONICS WORLD ・技术交流
无刷直流电机的控制系统设计
和平长盛电机有限公司 吉 波
【摘要】无刷直流电机没有换向器和电刷，采用电子换向。
本文针对无刷直流电机不能自动换向的特点，设计一种以STM32单片机为主控制器设计无刷直流电机的控制系统。
【关键词】无刷直流电机；控制系统；STM32；霍尔传感器
Control System Design of Brushless DC Motor
JI Bo
（Heping changsheng electric machinery co.LTD ，Heping 517200，Guangdong China ）
Abstract ：Brushless DC Motor has no commutator and brush and adopts electronic commutation.In this paper ，a control system of brushless dc motor is designed with STM32 single chip microcontroller as the main controller in view of the characteristics that brushless dc motor cannot automatically change direction.Keywords ：BLDCM ；Control system ；STM32；Hall sensor 无刷直流电机(BLDCM)由永磁转子、绕组电枢定子和位置传感器组成[1]。
无刷直流电机没有换向器和电刷，采用电子换向，PWM 调速，跟有刷直流电机相比，换向时无换向火花，易维护；与交流电机相比，调速性能优异，因此其在工业生产及日常生活中的应用日益广泛。
针对无刷直流电机不能自动换向的特点，本文采用STM32单片机为主控制器设计无刷直流电机的控制系统。
1.系统设计方案
本控制系统是个电流、速度反馈双闭环系统，由控制电路、驱动电路、逆变电路、电流反馈电路、速度反馈电路等组成，系统结构框图如图1所示，系统要求能实现对无刷直流电机的起动、停止、调
速、反转及通信等功能的控制，满足电机不同场合的运行要求。
图1 控制系统结构框图
2.系统硬件设计
控制模块的设计要求为运行速度快、稳定可靠、性价比高，同时，直流电机的PWM 控制信号要具有死区延时、输出互补和紧急停止等功能。
本控制电路采用STM32F103C8T6单片机（简称STM32）为核心控制器，价格便宜且够用，其工作电压达2V ～3.6V ，能耗低。
保证主控单片机正常工作的最小系统电路包括电源电路、晶振电路、程序下载电路、芯片电路[2]。
控制模块电源采用LM2596，LM2596是降压型开关电源芯片，驱动电流为3A ，同时具备良好的线性和负载调节特性[3]。
LM2596将USB 电路的5V 电压稳压至3.3V ，为STM32提供稳定电源，系统具备USB 、JT AG 两种程序下载方式。
由6只功率管组成MOSFET
全桥逆变电路。
图2 驱动电路图
驱动模块采用BST7960电机驱动，具有反应迅速，发热量小的特点，电路如图2所示。
无刷直流电机在定子上嵌入三个位置传感器，传感器采用霍尔传感器。
转子转动时在磁极的作用下，霍尔传感器会产生高、低电平信号，3个传感信号的高低电平有8种组合，对应电机的8个位置，进而可知此时电机的换向时序。
STM32的定时器功能非常强大，使用频率也很高，共有3个通用定时器和1个高级定时器，将直流电机的3个传感信号反相后接入定时器的3个输入通道，STM32通过检测输出信号的上升沿和下降沿来控制电机的换向。
3.系统软件设计
系统主程序流程图如3所示，上电，开始后，系统先进行电路的初始化，载入原始数据，然后开始循环扫描，根据不同的标志位中断处理不同的中断程序（如接收上位机数据、电机异常、通信异
常等），否则继续进行中断等待。
图3 系统主程序流程图
4.结论
本文设计了无刷直流电机的控制系统，该系统采用STM32单片机为核心控制器。
结果表明，系统的控制误差小，精度高，速度快，能耗低，具有一定的推广价值。
参考文献
[1]王元月.永磁无刷直流电机控制系统的研究[J].煤矿机械,2018,03:47-49.
[2]袁先圣,等.STM32的无刷直流电机控制系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,10:17-20.
[3]於二军,呼明亮.高可靠航空永磁无刷直流电机伺服控制系统设计[J].电子器件,2018,02:318-323.
作者简介：
吉波（1975—），男，四川内江人，研究方向为直流电机及其应用。
