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STM32 电机教程 3 - 直流有刷电机开环速度控制

作者:互联网

 

前言

      有刷电机是大家最早接触的一类电机,中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。

https://www.icode9.com/i/i/?n=18&i=blog/1435508/201808/1435508-20180822191635169-1771943257.gif

有刷电机采用机械换向,磁极不动,线圈旋转。电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。

在有刷电机中,这个过程是将各组线圈的两个电源输入端,依次排成一个环,相互之间用绝缘材料分隔,组成一个像圆柱体的东西,与电机轴连成一体,电源通过两个碳元素做成的小柱子(碳刷),在弹簧压力的作用下,从两个特定的固定位置,压在上面线圈电源输入环状圆柱上的两点,给一组线圈通电。

随着电机转动,不同时刻给不同线圈或同一个线圈的不同的两极通电,使得线圈产生磁场的N-S极与最靠近的永磁铁定子的N-S极有一个适合的角度差,磁场异性相吸、同性相斥,产生力量,推动电机转动。碳电极在线圈接线头上滑动,像刷子在物体表面刷,因此叫碳“刷”。

相互滑动,会摩擦碳刷,造成损耗,需要定期更换碳刷;碳刷与线圈接线头之间通断交替,会发生电火花,产生电磁破,干扰电子设备。

有刷电机采用机械自动换向方式,控制起来特别简单,特别是直流有刷电机,只需在电机电极上通上直流电就可以让其转动起来,本节以下图所示的1718直流有刷电机为例 ,为大家展示如何用NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH让其实现速度开环控制!!

 

 

示例详解

本节用到ST官方推出的NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH 开发板。

 

NUCLEO-F103RB对应的大致原理接线图:

X-NUCLEO-IHM07M1 3SH部分原理图:

 

 

    1. 准备操作
      1. X-NUCLEO-IHM07M1 3SH是一款专门用于PMSM(永磁同步)或BLDC(直流无刷 )的电机驱动板(后面的章节将会给大家展示),当然也可以用于驱动直流有刷电机,本节就用它来控制直流有刷电机(1718,电压7-11V,实际使用9.6V),X-NUCLEO-IHM07M1 3SH电机驱动板驱动芯片型号为L6230(详细数据手册可在st官网下载),本节仅用IN1,IN2,和OUT1,OUT2即可!

需要用到的信号

对应MCU引脚

EN1

PC10

IN1

PA8

EN2

PC11

IN2

PA9

本节将直接使能EN1及EN2引脚,PA8和PA9配置成定时器1的PWM引脚控,通过控制PWM的点空实现对有刷直流电机的速度控制。

 

      1. 在STM32CubeMX中,有专门的NUCLEO-F103RB工程模板,新建一个Cube工程,芯片型号为st32f103rb:

生成一个简单的工程模板实现了RCC,SYS,USART2接口的配置,同时还实现了LD2(LED)引脚的配置。接下来手动配置TIM1(产生主载波频率为72M / ( 2+1) / ( 999 +1) = 24K的PWM):

配置PC10,PC11为GPIO_OUTPUT模式:

生成工程:

 

 

      1. 在main.c中main函数里加入如下代码,让电机实现正转10秒后反转10秒循环,并且电机在正转与反转之间切换时的转速度是逐渐增加或减小的:

设置工程下载后自动运行:

编译代码,下载程序运行可直以看到电机成功转动起来,并如程序设定效果一致实现了正转10秒后反转10秒循环,有了速度控制,电机在换向时的切换变得更变平稳,同时电机的最大速度也可以根据程序中变量max_speed的值不同也不一样,同学们可以自行修改max_speed的初始值看看实际效果。

如果手头有示波器,可以看到程序输出的PWM波形,及电机电流波形:

 

本节,成功让电机转动起来并实现了转动方向控制,结合STM32的定时器TIM1产生PWM波的功能来控制PWM波的占空(相当于控制电机的电压)实现电机的速度控制(开环)!OK,本期实验完成!同时如果大家有什么疑问或是有想了解的其它内容,也欢迎大家留言!!最后喜欢这个公众号的同学们记得加关注了,每天都会有技术干货推出!!

 

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标签:电机,有刷,STM32,转动,线圈,PWM,NUCLEO
来源: https://blog.csdn.net/zhanglifu3601881/article/details/102769917