一种基于STM32的永磁同步电机控制系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于STM32的永磁同步电机控制系统。

背景技术：

随着电力电子学、微电子学、传感技术、电机控制理论和微机控制技术的迅猛发展,尤其是先进控制策略的成功应用,交流伺服系统的研究和应用,已取得了极大的进步,已具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能。交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分,主要有两大类:永磁同步电动机交流伺服系统和感应式异步电动机交流伺服系统。其中,永磁同步电动机交流伺服系统具备十分优良的低速性能,并可实现弱磁高速控制,拓宽了系统的调速范围,适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低,其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛,目前已成为交流伺服系统的主流。近年来,国内也开始了永磁同步伺服系统的研究,在理论与实验研究方面已取得了很大进步,但仍有许多不足，无论从可靠性上还是稳定性上，永磁同步电机的控制仍然是一个难题。

随着科技的迅速发展，各类用于电机控制的高性能控制器的种类与功能也越来越丰富，运算速度也有了质的飞跃，例如意法半导体公司(ST)出品的STM32F407系列支持浮点运算的电机专用芯片，完全可以实现性能优良的实时电机控制算法，并编写完善的监控软件。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，通过安装的检测模块实时的对电机运行状态进行实时检测，并结合电机的具体参数，为永磁同步电机提供合理、高效和稳定的控制。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，包括STM32核心控制器、CAN通信模块、 485通信模块、按键输入模块、液晶显示模块、驱动电路模块、逆变电路模块、电流检测模块、转速检测模块以及直流供电模块，其特征在于：所述STM32核心控制器分别与CAN 通信模块、485通信模块、按键输入模块、液晶显示模块、驱动电路模块、电流检测模块和转速模块相连，用于对整个系统数据的处理、电机运行控制和状态监测、提供对外通信数据接口和实时显示，所述转速检测模块分别与STM32核心控制器和永磁同步电机相连，用于实时检测电机转速，直流供电模块分别连接STM32核心控制器、驱动电路模块、逆变电路模块、电流检测模块和转速检测模块，分别为其提供对应工作电压。

所述的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述STM32核心控制器的具体型号为STM32F407ZET6。

所述的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述电流检测模块选用芯片的型号为HCPL7800。

所述的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述转速检测模块选用的光电编码器型号为DS26C32AT。

所述的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述驱动电路模块选用的MOSFET驱动芯片为IR2103。

所述的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述直流供电模块对应的15V、12V、5V、3.3V电压输出采用的稳压芯片分别为LM7815、LM7812、LM7805 和AMS1084。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型采用ST公司的STM32F407ZET6 专用电机控制器，能够大大提高永磁同步电机的控制精度和稳定性；与采用DSP或 DSP+FPGA作为主控制器的控制系统相比，可大大降低永磁同步电机控制系统的成本；同时，本系统采用内环为电流环、外环为转速环的双闭环控制，并将模糊自适应PID控制算法加入到控制系统当中，能够提高系统的稳定性和鲁棒性，具有较好的应用和推广前景。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2为本实用新型的电流检测电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，但是，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例系统的总体结构示意图如图1所示，提供了一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，包括STM32核心控制器、CAN通信模块、485通信模块、按键输入模块、液晶显示模块、驱动电路模块、逆变电路模块、电流检测模块、转速检测模块以及直流供电模块。直流供电模块作为整个系统电源的提供者，分别为STM32核心控制器和电流检测模块、转速检测模块、逆变电路模块、驱动电路模块提供3.3V、5V、12V、15V的工作电压，STM32 核心控制器通过驱动电路模块将控制信号放大后实现对逆变电路模块的控制，从而形成逆变，将12V的直流电逆变为电机旋转需要的交流电，电流检测模块用于实时对逆变电路模块输出端的电流进行检测，为电机控制系统电流内环提供实时电流，转速检测模块通过转速编码器实现对电机实时转速的检测，从而为转速外环提供实时值，通过转速内环和外环的协同调节，最终实现电机高速度、高稳定性的运行。系统提供485通信模块和CAN通信模块，分别为上位机通信和外部设备通信提供接口。同时，系统还提供现场操作，提供运行状态的液晶显示，实时报警和控制目标现场输入等功能。

本实施例系统的电流检测电路原理图如图2所示，实施例当中选用其中的A相为例， CSENA为通过A相电流采样电阻采样得到的电压，通过共模电感实现共模干扰的抑制，如 R1、R2、R3共同实现了电压的转换，该电路将三相电流的电压的负值转换为正值，并通过 R4和R5构成的放大电路实现电路的电压的放大。根据本文所设计的电路，输出电压V_IA和输入电压V_CSENA之间的关系如下式所示：

根据上式可知，当三相给定电流为零时，V_CSENA给定电压为零，此时输出电压V_IA保持为1.6V的状态，当三相电流给定为负值时，输出电压V_IA也将保持在0-1.6V之间，保证 DSP采集到的电压信号为正值。

综上所述，本实用新型上述实施例的一种基于STM32的永磁同步电机控制系统，具有传统专用芯片构成永磁同步电机控制器的优势，即专用的电机控制机制，用户可编程、扩展能力强、功能强大，同时又克服了他们各自的缺点，如外设和储存器集成在芯片内，可节省印刷电路板的面积、减小系统中元器件的个数，提高了CPU处理数据的能力和整个系统的可靠性，其次STM32F407系列单片机性能优异，大大提高整个控制系统的稳定性和控制精度，市场前景广大。

最后应说明的是：以上叙述中的实施方式仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型结构原理的前提下，还可以做出若干改进与润饰，这些改进与润饰也应视为本实用新型的保护范围。