采用六步換相法實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

前言

主控板STM32F302R8+驅(qū)動(dòng)板X-NUCLEO-IHM07M1+直流無刷電機(jī)WR36BL61，采用六步換相法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。

一、驅(qū)動(dòng)板X-NUCLEO-IM07M1簡(jiǎn)單介紹

X-NUCLEO-IHM07M1驅(qū)動(dòng)板有一顆MOS管集成芯片L6230，該驅(qū)動(dòng)芯片集成有3個(gè)橋臂6顆MOS管可驅(qū)動(dòng)PMSM及BLCD電機(jī)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

其典型應(yīng)用如下圖所示：

X-NUCLEO-IHM07M1驅(qū)動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示，采用橋臂1、橋臂2以及橋臂3構(gòu)成的三相逆變電路驅(qū)動(dòng)無刷直流電機(jī)，EN1、EN2以及EN3為為每相橋臂的使能控制輸入，IN1、IN2以及IN3為每相橋臂的開關(guān)控制輸入，OUT1、OUT2以及OUT3為輸出，外接無刷直流電機(jī)。

二、STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)

2.1.功能需求

采用六步換相法驅(qū)動(dòng)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的換向控制。按下一次按鍵電機(jī)正轉(zhuǎn)；再按一次按鍵電機(jī)停止；再按一次按鍵電機(jī)反轉(zhuǎn)；再按一次按鍵電機(jī)停止，以此循環(huán)。

2.2.硬件設(shè)計(jì)

控制板：STM32F302R8

驅(qū)動(dòng)板：X-NUCLEO-IHM07M1

直流無刷電機(jī)：WR36BL61，額定功率10W，額定電壓24V，額定電流0.5A，轉(zhuǎn)速2000RMP，極對(duì)數(shù)2。

2.3.軟件設(shè)計(jì)

本次軟件設(shè)計(jì)框架為：STM32CubeMX配置底層代碼；底層與應(yīng)用層的接口代碼在Keil環(huán)境下開發(fā)；應(yīng)用層代碼在Matlab/Simulink中開發(fā)。

STM32CubeMX底層配置

為了更直觀簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的六步換相控制，將所用引腳均設(shè)置為普通I/O口模式。

1、RCC設(shè)置為外接時(shí)鐘，72MHz

2、PA8、PA9、PA10、PC10、PC11、PC12設(shè)置為推挽輸出、無上下拉電阻、高速，初始化狀態(tài)設(shè)為0； PA15、PB3、PB10設(shè)置為輸入，無上下拉電阻； PB13、PB2設(shè)置為推挽輸出，下拉電阻、高速，初始化狀態(tài)為0； PC13設(shè)置為輸入，無上下拉電阻。

3、IDE設(shè)置為MDK-RAM，在Keil環(huán)境中完成編譯下載

Keil應(yīng)用層與底層的接口開發(fā)

#include "Interface.h"


uint8_t EN1_State;
uint8_t EN2_State;
uint8_t EN3_State;
uint8_t IN1_State;
uint8_t IN2_State;
uint8_t IN3_State;
uint8_t LED1_State;
uint8_t LED2_State;


//獲取按鍵狀態(tài)
uint8_t Get_KeyState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin);
}


//獲取三路霍爾傳感器狀態(tài)
uint8_t Get_HallAState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(H1_GPIO_Port, H1_Pin);
}


uint8_t Get_HallBState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H2_Pin);
}


uint8_t Get_HallCState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H3_Pin);
}


//設(shè)置引腳狀態(tài)
void Set_EN1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_EN2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_EN3State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN3_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN3State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN3_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_LED1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_LED2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


//無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)
void BLDC_SixStepDriver(void)
{
  Set_EN1State(EN1_State);
  Set_EN2State(EN2_State);
  Set_EN3State(EN3_State);
  Set_IN1State(IN1_State);
  Set_IN2State(IN2_State);
  Set_IN3State(IN3_State);
}


//LED驅(qū)動(dòng)
void LED_Driver(void)
{
  Set_LED1State(LED1_State);
  Set_LED2State(LED2_State);
}

應(yīng)用層開發(fā)

輸入處理：包括霍爾信號(hào)處理模塊和按鍵處理模塊。

電機(jī)運(yùn)行模式：設(shè)計(jì)有電機(jī)停止、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)三種模式，LED1用于指示程序運(yùn)行“500ms亮，500ms滅”。

電機(jī)模式運(yùn)行執(zhí)行模塊：

電機(jī)停止：關(guān)閉引腳驅(qū)動(dòng)輸出

電機(jī)正轉(zhuǎn)：內(nèi)部邏輯用Stateflow寫，根據(jù)霍爾狀態(tài)控制開關(guān)管進(jìn)行六步換相控制

電機(jī)反轉(zhuǎn)：內(nèi)部邏輯用Stateflow寫，根據(jù)霍爾狀態(tài)控制開關(guān)管進(jìn)行六步換相控制

輸出處理：將需要的信號(hào)進(jìn)行輸出

模型搭建完成仿真無誤后生成代碼，與底層代碼在Keil中集成。

應(yīng)用層與底層的代碼集成

將Matlab/Simulink模型生成的代碼文件夾復(fù)制到底層生成的工程下。

在工程中將Matlab/Simulink生成的代碼文件BLDC_SixStep目錄中的.c/.h文件都添加進(jìn)工程。

注：此時(shí)編譯工程會(huì)報(bào)錯(cuò)，缺少“solver_zc.h”頭文件，該頭文件在Matlab/Simulink/Include路徑下面，可以直接把該文件粘貼復(fù)制到Matlab/Simulink生成的代碼文件BLDC_SixStep目錄中，也可以將該文件的路徑進(jìn)行添加。

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */


  /* USER CODE END 1 */


  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/


  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();


  /* USER CODE BEGIN Init */


  /* USER CODE END Init */


  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();


  /* USER CODE BEGIN SysInit */


  /* USER CODE END SysInit */


  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  BLDC_SixStep_initialize();
  /* USER CODE END 2 */


  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */


    /* USER CODE BEGIN 3 */
    BLDC_SixStep_step();

    BLDC_SixStepDriver();
    LED_Driver();

    HAL_Delay(1);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

在主函數(shù)中調(diào)用Matlab/Simulink生成代碼中的函數(shù)，BLDC_SixStep_initialize()為模型初始化函數(shù)；BLDC_SixStep_step()為模型函數(shù)， 執(zhí)行該函數(shù)一次，相當(dāng)于在Matlab中運(yùn)行模型一次， 根據(jù)BLDC_SixStep_step()函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在Matlab/Simulink中設(shè)置模型1ms運(yùn)行一次，所以在工程下也要確保BLDC_SixStep_step()函數(shù)1ms運(yùn)行一次。

2.4下載驗(yàn)證

電機(jī)正轉(zhuǎn)：A相和B相上的電壓

電機(jī)反轉(zhuǎn)：A相和B相上的電壓

總結(jié)

本章節(jié)基于STM32F302R8控制板和X-NUCLEO-IHM07M1驅(qū)動(dòng)板，采用六步換相法實(shí)現(xiàn)了直流無刷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并且軟件編程的工具鏈采用STM32CubeMX+Matlab/Simulink+Keil，大部分代碼采用自動(dòng)生成的方式簡(jiǎn)化了編程的難度。