STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算

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。

无刷电机

 

前面已经讲了很多关于BLDC电机的一些知识,那么如计算出BLDC电机(带HALL传感器)的实际转速呢,其实可以利用hall传感器及中断事件计算电机转速,以1对极BLDC电机为例,电机转动一圈,会产生6个HALL状态,每个状态对机60度的机械角度,如果使用了STM32 定时器的HALL传感器接口功能,可能直接在定时器的中断里计算电机转速speed = 60/360/t (转每秒),t为对两次中断的时间间隔,可以很简单地通过定时器中获得, 本节将基于NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH实现BLDC电机转速计算!

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),本节需用到IN1,IN2, IN3和OUT1,OUT2,OUT3, HALL传感器信号接口H1,H2,H3以及单电阻电流采样接口PC1。

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第1张图片

 

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

PA15

H2

PB3

H3

PB10

电流采样接口

PC1

 

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,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,PC1配置成AD采样引脚,本节以电机在2个PWM周期内采多个64,以这64个点的平均值作为电机的平均电流。

 

  1. 在STM32CubeMX中,有专门的NUCLEO-F103RB工程模板,新建一个Cube工程,芯片型号为st32f103rb:

生成一个简单的工程模板实现了RCC,SYS,USART2接口的配置,同时还实现了LD2(LED)引脚的配置。接下来手动配置各功能模块,首先是TIM1,配置成三路PWM 模式1输出,PWM载波频率是20Khz = 72M/(2+1)/(1199+1),各通道初始PWM波是500:

 

使能TIM1的UPDATA中断,在中断服务程序中完成电流PID运算及控制:

接下来是TIM2配置,开启三路输入捕获功能,使能XOR功能,开启定时器中断:

上图中所述想要直接利用TIM2的HALL传感器功能,仅在CUBE中配置是不点问题的,原因如下,在配置输入捕获通道时,很多模式不可选:

而要直正实现STM32的定时器HALL传感器接口功能,除了要开启XOR功能外(在CUBE可直接勾选):

还需要用到TI1F_ED(直接的双边沿检测)信号,TRC信号..并最终产生CC1I中断,完整的信号流图如下图:

 

故还需要开启中断,并最终要在自动生成的TIM.C中进行适当修改(后面源码上有介绍):

配置ADC:

本例ADC采电机电流工作在单电阻采样模式下,如上图所示,电机电流与ADC采样电流之间的关系式为(JP1,JP2不接): V = 3*0.33*I,其中0.33为采样电阻的阻值,I为电机电流,V为放大3倍后的电机。

 

 

使能ADC的DMA功能:

 

接着将PC10,PC11,PC12普通IO功能配置,GPIO_OUTPUT模式,默认输出为低:

最后是中断优先级配置:

生成工程:

 

  1. 打开工程, 加入事先准备好的bldc.c,pid.c, visualscope.c 和bldc.h,pid.h, visualscope.h(.c在src文件夹中 .h在INC文件夹)文件:

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第2张图片

同时在tim.c及stm32f1xx_it.c中加入如下代码:

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第3张图片

在dma.c中关闭dma中断:

在adc.c中加入求平均电流代码:

在adc.h中导出变量及函数名:

最后在main.c中加入如下代码:

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第4张图片

 

 

设置工程下载后自动运行:

编译代码,调试代码,本节代码是在上一讲《STM32 电机教程 12 - BLDC 闭环电流控制》基础上实现,自带电流闭环,电机转动起来后(电流闭环参考值不要设太大),在串口示波器上可以看到电机速度的波形,给电机加一点阻力,可以看到电机转速的变化情况:

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第5张图片

STM32 电机教程 13 - BLDC 电机转速计算_第6张图片

OK,本期实验完成!本节BLDC通过HALL传感器计算速度的示例就讲到这里,下一节将基于本节内容实现BLDC电机速度闭环控制。最后如果大家有什么疑问或是有想了解的其它内容,也欢迎大家留言!!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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