基于Cortex-M3的STM32微控制器處理先進電機控制方法

　　即使最復(fù)雜的算法幾乎也無法修正不精確的模擬測量值，但是，在某種程度上，電機驅(qū)動系統(tǒng)的總體性能取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量。STM32F103芯片內(nèi)置三個采樣率為1MSps的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，總不可調(diào)整誤差 (TUE)低于5 LSB。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口有三個主要功能：首先，使CPU擺脫簡單控制任務(wù)和數(shù)據(jù)處理;其次，連接芯片的其余部件(中斷請求、DMA請求、觸發(fā)輸入);最后，使STM32的多路轉(zhuǎn)換器同步操作。在這些對無刷電機控制有用的功能中，我們首先考慮通道讀序列發(fā)生器。對比傳統(tǒng)的掃描電路(按照模擬輸入序號，按序轉(zhuǎn)換一定數(shù)量的通道)， 在一個16個轉(zhuǎn)換通道組成的順列(例如：Ch3, Ch3, Ch0, Ch11)內(nèi)，序列發(fā)生器可按任何順序轉(zhuǎn)換通道，當(dāng)設(shè)計人員在設(shè)計印刷電路板時，這個功能給設(shè)計人員帶來更高的設(shè)計靈活性，為實現(xiàn)平均轉(zhuǎn)換目的，準(zhǔn)許對同一通道進行多次采樣(在一個序列內(nèi))，當(dāng)整個序列轉(zhuǎn)換完畢后，DMA通道將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到RAM，中斷處理程序產(chǎn)生一個中斷請求。

　　在檢測電機相位電流的過程中，瞬變電壓在功率開關(guān)上產(chǎn)生的噪聲(在離線開關(guān)應(yīng)用中，典型噪聲達到幾百個V/μs)是引起讀取誤差的一個重要原因，可能導(dǎo)致測量結(jié)果的信噪比非常低。解決方法是使模數(shù)轉(zhuǎn)換器與控制功率級的定時器同步：因為換向時刻可以預(yù)定(由3 PWM定時器的比較寄存器定義)，所以可以使用一個額外比較通道在換向時刻稍前或稍后觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換操作?；谶@個原因，STM32啟用了第二個序列發(fā)生器(又稱注入序列發(fā)生器)，該序列發(fā)生器的優(yōu)先級高于正常序列發(fā)生器，可以用一個不能延遲的新轉(zhuǎn)換操作使當(dāng)前的轉(zhuǎn)換操作中斷。通常情況下，正常序列發(fā)生器負(fù)責(zé)“內(nèi)部管理”轉(zhuǎn)換，連續(xù)檢測溫度或直流總線電壓(作為后臺任務(wù))，然后通過DMA通道發(fā)送到RAM，而注入序列發(fā)生器則將處理時間關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換操作，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在模數(shù)轉(zhuǎn)換器寄存器(將會產(chǎn)生一個中斷，但是不能接受延時)。

　　對于一個能夠執(zhí)行先進的電機控制功能的通用微控制器，擁有微控制器是一回事，而開發(fā)輕松入門卻是另一回事。利用軟硬件工具可以把這個問題的兩個方面都處理好。首先是擁有一套電機控制開發(fā)入門工具，之后，意法半導(dǎo)體為STM32客戶免費提供電機控制軟件庫。2.0版電機控制軟件庫利用頭文件內(nèi)的一個簡單且低廉的 #define聲明列表支持各種配置。軟件庫包含交流感應(yīng)電機和同步電機的磁場定向控制算法，為簡化代碼的可讀性和可維護性，這些算法采用C編程語言，再次證明了現(xiàn)代編譯器的效率。該軟件庫還針對PMSM電機提供一個穩(wěn)健的無傳感器控制算法(基于磁通觀測器)，以及一個超高速內(nèi)部永磁電機 (IPM)專用控制算法。

　　意法半導(dǎo)體目前的主要開發(fā)項目是控制電機直到靜止?fàn)顟B(tài)的無傳感器永磁電機控制和內(nèi)置功率因數(shù)校正功能的雙電機控制。最近，意法半導(dǎo)體成功演示了單電流檢測方法，僅一個STM32微控制器就能執(zhí)行兩個單電流檢測矢量控制功能，同時還用一個40 kHz的控制回路管理PFC級(詳見圖1)。

　　STM32微控制器產(chǎn)品線將繼續(xù)沿四個新方向部署，如圖3所示，其中兩個方向適用于電機控制。第一個產(chǎn)品線將面向低成本市場，開發(fā)低端的16位電機控制微控制器。另一個產(chǎn)品線以高性能為訴求，面向需要更高處理性能、更大存儲容量和高帶寬接口的應(yīng)用。如此寬廣的產(chǎn)品組合結(jié)合Cortex-M3內(nèi)核，勢必確立STM32架構(gòu)適用于現(xiàn)在和未來電機驅(qū)動的多功能性。