无刷直流电机控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无刷直流电机控制系统，包括无刷直流电机、主控电路、电流检测电路和转子位置检测模块，所述主控电路通过功率驱动电路和逆变驱动电路连接无刷直流电机，所述电流检测电路连接逆变驱动电路，所述无刷直流电机和主控电路连接电源电路模块，所述电源电路模块包括第一稳压转换电路和第二稳压转换电路，所述第一稳压转换电路和第二稳压转换电路用于转换不同的电压。成本低廉，性能稳定，控制精度高，而且便于调试。

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机控制系统
本技术涉及一种直流电机控制系统，具体地涉及一种基于STM32单片机控制的无刷直流电机控制系统。
技术介绍
无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等。无刷电机是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以及材料科学等发展紧密联系的。它不仅涉及交直流领域，还涉及电动、发电的能量转换和信号传感等领域。随着计算机技术、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的飞速发展，外围电路元件专用集成器件的不断出现，使得无刷直流电动机控制技术有了显著进步。无刷直流电动机控制系统正逐渐向数字化、智能化方向发展。目前，无刷直流电机控制系统实时性差、控制精度低，并且调试不方便。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本技术目的是：提供一种无刷直流电机控制系统，成本低廉，性能稳定，控制精度高，而且便于调试。本技术的技术方案是：一种无刷直流电机控制系统，包括无刷直流电机、主控电路、电流检测电路和转子位置检测模块，所述主控电路通过功率驱动电路和逆变驱动电路连接无刷直流电机，所述电流检测电路连接逆变驱动电路，所述无刷直流电机和主控电路连接电源电路模块，所述电源电路模块包括第一稳压转换电路和第二稳压转换电路，所述第一稳压转换电路和第二稳压转换电路用于转换不同的电压。优选的，所述主控电路通过RS232总线连接上位机，所述上位机用于实时控制无刷直流电机的正反转和监测无刷直流电机的当前转速。优选的，所述第一稳压转换电路将电源电压转换成15V、5V电压，所述第二稳压转换电路用于转换成3.3V电压。优选的，所述电源电路模块的不同电压输出端设置有测试连接点。与现有技术相比，本技术的优点是：本技术的成本低廉，控制精度高，能提供不同等级的电压，使得控制系统性能稳定，而且不同电压等级的输出端设置测试连接点，便于调试。附图说明下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：图1为本实用无刷直流电机控制系统的总体原理框图；图2为15Ｖ电源转换电路图；图3为5Ｖ电源转换电路图；图4为3.3Ｖ电源转换电路图；图5为电流采样电路图；图6为控制流程图；图7为中断流程图；图8为速度控制流程图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本技术的概念。实施例：如图1所示，一种无刷直流电机控制系统，包括主控电路、功率驱动电路、逆变驱动电路、转子位置检测模块电流检测模块、电源电路模块以及上位机。主控电路的输出端直接连接功率驱动电路模块的输入端，三相逆变驱动电路的输入端直接与功率驱动模块的输出端相连，逆变驱动电路输出的信号控制无刷直流电机的运转。主控电路由STM32单片机作为控制芯片，主控电路通过RS-232总线与上位机通信，上位机能实时控制电机的正反转和监测电机的当前转速。转子位置检测模块的传感器采用霍尔位置传感器，将检测到的无刷直流电机的转子位置信号反馈给主控电路，再通过STM32单片机内部的Ａ/Ｄ转换，计算转速，计算出的转速信号先通过基于改进粒子群算法的模糊PID控制器，再通过电流调节器的PID调节即可输出6路PWM脉冲信号，从而控制无刷直流电机。整个控制系统由24Ｖ电源供电，然后经过各稳压集成电路分别转换为15Ｖ、5Ｖ和3.3Ｖ工作电压。其中15Ｖ工作电压供给三相逆变电路，5Ｖ供给电流采样电路和其他部分电路，3.3Ｖ作为STM32主控芯片的工作电压。系统所涉及到的电压等级有24Ｖ、15Ｖ、5Ｖ、3.3Ｖ。其中24Ｖ电压来源于直流稳压电源，主要为整个控制系统供给电压；15Ｖ工作电压由24Ｖ电源电压经过三端稳压器MC7805转换得到，为IR2110S驱动芯片提供工作电压；5Ｖ工作电压是15Ｖ电压由三端稳压集成电路LM7805转换获得；5Ｖ工作电压主要用于为电流检测采样部分电路提供所需的电压；3.3Ｖ是由ASM1117稳压芯片转换得到的，主要用于为STM32微控制器、JTAG芯片以及Hall位置检测电路供给所需的电源电压。15Ｖ电源转换电路图如图2所示，5Ｖ电压转换电路如图3所示，3.3Ｖ电压转换电路如图4所示。图中电路图有15Ｖ、5Ｖ、3.3Ｖ三个测试点，这是为方便电路板调试所设置。驱动芯片采用IR公司研发的IR2110S，它具有电磁隔离和光耦隔离的优点，同时也是各种电机驱动类器件的首选芯片。本设计逆变驱动电路采用的是三相桥式电路共六个功率管，由于每个IR2110S只能驱动两个功率开关管，所需要3个IR2110S电路芯片才能驱动逆变电路进而去控制无刷直流电机的精确运转。IR2110S具有输入五路信号和输出六路信号的功能，它内部不仅包含有自举式悬浮电路，而且是一款集控制电路、电平转换、过流、过压及欠压保护于一体的驱动芯片。这为无刷直流电机整个控制系统的设计节省了大量的工序，使系统设计简单了很多。转子位置检测采用霍尔传感器，霍尔传感器在无刷直流电机中起着检测转子磁极及对开关电路提供换相信息的器件电路的作用。由于本文采用的无刷直流电机有三相绕组，需要三个霍尔传感器才能完成位置检测。霍尔传感器检测出的信号为脉宽180°的高速脉冲，在反馈到STM32的AD转换之前，须进行光耦隔离。本设计控制系统使用的霍尔传感器外部接口具有五根线，分别接无刷直流电机的三相绕组、电源和地线，由于输出是集电极开路，还须接上拉电阻。影响BLDCM控制系统性能的关键因素之一是电流采样精度，电流采样精度的高低对整个BLDCM控制系统都有着很大的影响。电流采样电路如图5所示，在LM358的两条母线和地线之间串入几个小电阻，比如R１、R2、R3，通过检测上述电阻两端的电压可计算出电流输出值。采样电阻通过LM358放大器会产生一定的电压量，最后再通过STM32的A/D转换接口来完成电流的采样。的每个串口都有3个USART，其中USART1是用系统频率分的，USART2、USART3是用晶振频率分的。本设计BLDCM控制系统通过MAX232引出两个USART，USART1用于在没有JLINK仿真器的条件下，采用ISP模式下载程序调试；USART2用于将BLDCM控制系统检测的转速值传送给上位机，在上位机上实时显示。主程序主要包括对各模块的初始化，各系统常变量的声明和定义。其中模块初始化主要包含以下几部分；I/O端口设置初始化、A/D转换初始化、中断系统初始化、系统时钟初始化、PWM生成模块初始化和看门狗初始化。系统常变量的声明和定义包括系统运行频率定义、引脚定义、采样方式定义。另在初始化过程中为防止意外中断的请求，在各模块初始化之前须把中断关闭。主程序流程图如图6示。中断子程序主要包括过流保护子程序、AD中断采样子程序、定时器中断子程序等。其中，过流保护子程序主要对无刷电机转子的电流溢出进行检测；AD中断子程序主要用来检测霍尔传感器和电流采样反馈到转速和电流信息；定时器中断子程序主要完成各时间周期的设定。有7个定时器，可分为高级定时器和普通定时器两种。一般把TIM1和TIM8作为高级定时器，其余作为普通定时器。TIM1主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机控制系统，包括无刷直流电机、主控电路、电流检测电路和转子位置检测模块，其特征在于，所述主控电路通过功率驱动电路和逆变驱动电路连接无刷直流电机，所述电流检测电路连接逆变驱动电路，所述无刷直流电机和主控电路连接电源电路模块，所述电源电路模块包括第一稳压转换电路和第二稳压转换电路，所述第一稳压转换电路和第二稳压转换电路用于转换不同的电压。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机控制系统，包括无刷直流电机、主控电路、电流检测电路和转子位置检测模块，其特征在于，所述主控电路通过功率驱动电路和逆变驱动电路连接无刷直流电机，所述电流检测电路连接逆变驱动电路，所述无刷直流电机和主控电路连接电源电路模块，所述电源电路模块包括第一稳压转换电路和第二稳压转换电路，所述第一稳压转换电路和第二稳压转换电路用于转换不同的电压。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清华，刘兵，张苏北，
申请(专利权)人：八方电气苏州股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32