采用STM8S的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于STM8S處理器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該控制系統(tǒng)的硬件電路，通過(guò)軟件編程完成對(duì)轉(zhuǎn)子位置的快速檢測(cè)及電機(jī)調(diào)速。實(shí)驗(yàn)顯示該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本較低，運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速性能良好。

　　引言

　　STM8S系列處理器，是意法半導(dǎo)體(ST)公司推出的超高性價(jià)比的8位單片機(jī)，具有高性能的架構(gòu)、優(yōu)異的抗干擾設(shè)計(jì)、靈活的低功耗模式和豐富的內(nèi)嵌功能。該系列單片機(jī)采用意法半導(dǎo)體的自有內(nèi)核，最高工作頻率為24MHz，最高處理效能可達(dá)20MIPS。另外，STM8S資源豐富，具有10bit的ADC，16bit的高級(jí)控制定時(shí)器，看門(mén)狗電路等。其中高級(jí)定時(shí)器具有4個(gè)捕獲/比較通道，3個(gè)互補(bǔ)輸出，死區(qū)控制，非常適合電機(jī)的控制。

　　無(wú)刷直流電機(jī)是現(xiàn)在最常用的無(wú)刷電機(jī)。它具有低損耗、低噪聲、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易控制、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制等領(lǐng)域。

　　本文提出了基于STM8S的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生的PWM來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速，可以應(yīng)用在一些要求不高和對(duì)成本比較敏感的領(lǐng)域。

　　系統(tǒng)工作原理

　　無(wú)刷直流電機(jī)的控制

　　無(wú)刷直流電機(jī)一般有永磁轉(zhuǎn)子和三相定子組成，通過(guò)反向極性的吸引產(chǎn)生相矩來(lái)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了獲得最大力矩，需使定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相角度近似為正交的?？刂茻o(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，首先需要判斷轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，然后根據(jù)該位置改變電樞繞組的通電相序，使其在氣隙中產(chǎn)生步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　本設(shè)計(jì)使用霍爾傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子線圈的位置信息。位置信號(hào)由3個(gè)霍爾傳感器得到，每個(gè)霍爾傳感器都會(huì)產(chǎn)生180°脈寬的輸出信號(hào)，而3個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)互差120°相位差。它們?cè)诿總€(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生6個(gè)上升沿或者下降沿，對(duì)應(yīng)著6個(gè)換相時(shí)刻。把單片機(jī)的I/O口設(shè)置為雙邊沿外部中斷捕獲功能，即可獲得這6個(gè)換相時(shí)刻。再根據(jù)3個(gè)霍爾傳感器的電平狀態(tài)，即可獲得轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確的位置信息。然后根據(jù)位置信息，進(jìn)行換相，從而帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　圖1為三相橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，表1則顯示了霍爾傳感器輸出電平與換相之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系?！　?/p>

 

　　速度的控制

　　電動(dòng)機(jī)的速度和扭矩取決于帶電繞組的電機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而磁場(chǎng)強(qiáng)度又取決于通過(guò)的電流大小。因此，調(diào)整轉(zhuǎn)子的電壓或電流將改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　本設(shè)計(jì)通過(guò)改變加在電機(jī)上的電壓來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于單片機(jī)可以輸出脈寬可調(diào)的PWM波，因此，使用PWM輸出來(lái)控制6個(gè)開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)，并通過(guò)改變PWM波的占空比來(lái)調(diào)整電機(jī)的電壓。