采用STM8S的無刷直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　摘要：根據(jù)無刷直流電機控制系統(tǒng)的特點，提出了基于STM8S處理器的無刷直流電動機控制系統(tǒng)。設(shè)計并實現(xiàn)了該控制系統(tǒng)的硬件電路，通過軟件編程完成對轉(zhuǎn)子位置的快速檢測及電機調(diào)速。實驗顯示該系統(tǒng)的設(shè)計成本較低，運行平穩(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比的8位單片機，具有高性能的架構(gòu)、優(yōu)異的抗干擾設(shè)計、靈活的低功耗模式和豐富的內(nèi)嵌功能。該系列單片機采用意法半導(dǎo)體的自有內(nèi)核，最高工作頻率為24MHz，最高處理效能可達20MIPS。另外，STM8S資源豐富，具有10bit的ADC，16bit的高級控制定時器，看門狗電路等。其中高級定時器具有4個捕獲/比較通道，3個互補輸出，死區(qū)控制，非常適合電機的控制。

　　無刷直流電機是現(xiàn)在最常用的無刷電機。它具有低損耗、低噪聲、結(jié)構(gòu)簡單、易控制、轉(zhuǎn)速高、壽命長等特點，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的無刷直流電機控制系統(tǒng)，利用單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生的PWM來控制電機的轉(zhuǎn)動和調(diào)速，可以應(yīng)用在一些要求不高和對成本比較敏感的領(lǐng)域。

　　系統(tǒng)工作原理

　　無刷直流電機的控制

　　無刷直流電機一般有永磁轉(zhuǎn)子和三相定子組成，通過反向極性的吸引產(chǎn)生相矩來使電機轉(zhuǎn)動。為了獲得最大力矩，需使定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的相角度近似為正交的?？刂茻o刷電機轉(zhuǎn)動，首先需要判斷轉(zhuǎn)子的當前位置，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)生步進式旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

　　本設(shè)計使用霍爾傳感器來測量轉(zhuǎn)子相對于定子線圈的位置信息。位置信號由3個霍爾傳感器得到，每個霍爾傳感器都會產(chǎn)生180°脈寬的輸出信號，而3個霍爾傳感器的輸出信號互差120°相位差。它們在每個機械轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生6個上升沿或者下降沿，對應(yīng)著6個換相時刻。把單片機的I/O口設(shè)置為雙邊沿外部中斷捕獲功能，即可獲得這6個換相時刻。再根據(jù)3個霍爾傳感器的電平狀態(tài)，即可獲得轉(zhuǎn)子準確的位置信息。然后根據(jù)位置信息，進行換相，從而帶動電機的轉(zhuǎn)動。

　　圖1為三相橋電機驅(qū)動結(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應(yīng)關(guān)系?！　?/p>

 

　　速度的控制

　　電動機的速度和扭矩取決于帶電繞組的電機所產(chǎn)生的磁場強度，而磁場強度又取決于通過的電流大小。因此，調(diào)整轉(zhuǎn)子的電壓或電流將改變電機轉(zhuǎn)速。

　　本設(shè)計通過改變加在電機上的電壓來改變電機的轉(zhuǎn)速。由于單片機可以輸出脈寬可調(diào)的PWM波，因此，使用PWM輸出來控制6個開關(guān)管的狀態(tài)，并通過改變PWM波的占空比來調(diào)整電機的電壓。