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采用STM8S的无刷直流电机控制系统的设计

作者:邓少华 孙琦 高强 王铁流时间:2013-02-07来源:电子产品世界收藏

  摘要:根据无刷直流电机控制系统的特点,提出了基于处理器的无刷直流电动机控制系统。设计并实现了该控制系统的硬件电路,通过软件编程完成对转子位置的快速检测及电机调速。实验显示该系统的设计成本较低,运行平稳,调速性能良好。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/141884.htm

  引言

  系列处理器,是意法半导体(ST)公司推出的超高性价比的8位,具有高性能的架构、优异的抗干扰设计、灵活的低功耗模式和丰富的内嵌功能。该系列采用意法半导体的自有内核,最高工作频率为24MHz,最高处理效能可达20MIPS。另外,资源丰富,具有10bit的ADC,16bit的高级控制定时器,看门狗电路等。其中高级定时器具有4个捕获/比较通道,3个互补输出,死区控制,非常适合电机的控制。

  无刷直流电机是现在最常用的无刷电机。它具有低损耗、低噪声、结构简单、易控制、转速高、寿命长等特点,因此,被广泛应用于现代工业控制等领域。

  本文提出了基于STM8S的无刷直流电机控制系统,利用内部的定时器产生的来控制电机的转动和调速,可以应用在一些要求不高和对成本比较敏感的领域。

  系统工作原理

  无刷直流电机的控制

  无刷直流电机一般有永磁转子和三相定子组成,通过反向极性的吸引产生相矩来使电机转动。为了获得最大力矩,需使定子磁场和转子磁场之间的相角度近似为正交的。控制无刷电机转动,首先需要判断转子的当前位置,然后根据该位置改变电枢绕组的通电相序,使其在气隙中产生步进式旋转磁场,拖动永磁转子转动。

  本设计使用霍尔传感器来测量转子相对于定子线圈的位置信息。位置信号由3个霍尔传感器得到,每个霍尔传感器都会产生180°脉宽的输出信号,而3个霍尔传感器的输出信号互差120°相位差。它们在每个机械转中会产生6个上升沿或者下降沿,对应着6个换相时刻。把单片机的I/O口设置为双边沿外部中断捕获功能,即可获得这6个换相时刻。再根据3个霍尔传感器的电平状态,即可获得转子准确的位置信息。然后根据位置信息,进行换相,从而带动电机的转动。

  图1为三相桥电机驱动结构图,表1则显示了霍尔传感器输出电平与换相之间的对应关系。  

 

  速度的控制

  电动机的速度和扭矩取决于带电绕组的电机所产生的磁场强度,而磁场强度又取决于通过的电流大小。因此,调整转子的电压或电流将改变电机转速。

  本设计通过改变加在电机上的电压来改变电机的转速。由于单片机可以输出脉宽可调的波,因此,使用输出来控制6个开关管的状态,并通过改变PWM波的占空比来调整电机的电压。

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关键词: STM8S 单片机 PWM 201301

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