一种基于STM32或DSP的多功能电机控制器结构的制作方法

本实用新型涉及一种基于stm32或dsp的多功能电机控制器结构。

背景技术：

自进入21世纪以来，微控制器发展越来迅速，其中arm和dsp内核发展更快，运算能力越快，同时随着意机器人、电动汽车和人工智能等领域发展，动力需求更大，需要三相电机控制器越多，其中根据电机类型控制技术分别有：直流电机及控制技术、直流无刷电机及控制技术、交流异步电机及控制技术和永磁同步电机及控制技术，磁场定向矢量控制器占重要地位。

直流无刷或永磁同步电机：由永磁体励磁产生同步旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。stm32或dsp微控制器：高性能32位的可编程的cpu，可用于电机驱动控制等领域电子微控制器。三霍尔、正交编码器或旋转变压器：作为电机的转子位置传感器，在做磁场定向矢量控制需要转子位置角度。三相全桥逆变电路：由三个半桥六个功率管组成的电路，还包括功率管的驱动电路，功率管一般实用mosfet或者igbt，本实用新型采用六个mosfet功率管。

虽然可用于电机驱动控制器的技术有多种，但目前市场上的电机驱动控制器在市场上主要分为通用变频器、专用变频器和电动汽车控制器等，而其中又主要是以针对单一种类电机控制为主。

虽然目前市场上的电机驱动控制器在很大程度上满足了人们使用的需要，但也存在以下缺陷：1、市场常规变频器以交流异步和永磁同步电机控制器为主，大部分实现一种电机驱动驱动或者特定电机驱动控制，功能较单一；2、常规控制器软件和硬件架构设计换一个微控制器开发产品，会导致工作量较大，软件和硬件架构层次不够分明，软件和硬件架构兼容适应性差。

为弥补市场电机控制器存在的缺点与不足，本实用新型设计多功能电机控制器，通过软件标定可以实现三相直流无刷、三相永磁同步和三相交流异步电机控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决目前市场上电机控制器所存在的可控电机类型单一、软件和硬件架构兼容适应性差的问题，提供一种软件和硬件架构兼容适应性好且能实现三相直流无刷、三相永磁同步和三相交流异步电机控制的基于stm32或dsp的多功能电机控制器结构。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于stm32或dsp的多功能电机控制器结构，包括：微控制器、电源、三相全桥逆变电路、电流采样模块、显示器、pc上位机、旋转电位器、电机，所述微控制器与电源、三相全桥逆变电路、电流采样模块、显示器、pc上位机、旋转电位器相连；所述电源分别与微控制器、三相全桥逆变电路相连；所述三相全桥逆变电路通过六路pwm与微控制器相连，且三相全桥逆变电路也分别与电流采样模块、电机相连；所述电流采样模块分别与微控制器、三相全桥逆变电路相连；所述显示器与微控制器相连；所述pc上位机通过can或rs232通讯与微控制器相连；所述旋转电位器与微控制器相连。

进一步的，所述微控制器为控制核心，包括复位电路、时钟电路，且所述微控制器分为stm32和dsp两种，stm32采用意法半导体的arm芯片，而dsp采用的是ti的tms320f28335芯片。

进一步的，所述电源是由母线电压经过斩波电源和稳压电源，输出moseft驱动电源和微控制器供电电源，其中斩波电源芯片是lm2596-adj降压斩波，最终能够输出13.5v电压，稳压电源是ams1117-5.0和ams1117-3.3；所述电源向三相全桥逆变电路输出的电压为5v，向微控制器输出的电压为3.3v。

进一步的，所述电流采样模块通过二个采样电阻得到相电流信号，通过运放和调制电路送入微控制器ad采样口；其相电压是电阻分压后送入微控制器ad口。

进一步的，所述显示器采用12864液晶屏，显示电机的电压电流和转速等参数。

进一步的，所述三相全桥逆变电路是实现各种三相电机驱动控制的功率电路，在永磁同步或交流异步电机的驱动控制中，三相全桥驱动电路是通过矢量控制和空间矢量调制pwm波驱动控制电机转速和扭矩，直流无刷电机驱动是根据三霍尔信号切换不同相的moseft，控制器输出相电压达到控制转速和扭矩目的。

进一步的，所述pc上位机是基于labview图形界面工具开发的。

进一步的，所述pc上位机或所述旋转电位器将转速扭矩控制指令传输至微控制器。

进一步的，本实用新型通过控制软件进行流程控制，所述控制软件包括微控制器底层外设驱动、电机控制算法和用户接口应用层，电机控制算法，主要是电机控制器接受控制指令后，读取转子位置传感器位置信号、电机相电流和电压信号，然后进行矢量控制、三霍尔换相控制和空间矢量调制pwm控制；所述控制软件运行流程包括接受转速扭矩指令、读取转子位置、相电流ad采样、速度闭环/扭矩控制、电流闭环pi、pwm输出、三相电机控制电路。

本实用新型的具体实施运作方式如下：

通过pc上位机或旋转电位器将转速扭矩指令传输至微控制器，在控制软件的作用下，微控制器接受转速扭矩指令，然后通过三相全桥逆变电路和电流采样模块依次进行读取转子位置、相电流ad采样、速度闭环/扭矩控制、电流闭环pi、pwm输出、三相电机控制电路，最终实现电机的驱动控制；整个过程中通过显示器显示监督运行状态。

本实用新型的有益效果：(1)本实用新型的三相全桥驱动电路在永磁同步或交流异步电机的驱动控制中，通过矢量控制和空间矢量调制pwm波驱动控制电机转速和扭矩，直流无刷电机驱动是根据三霍尔信号切换不同相的moseft，控制器输出相电压达到控制转速和扭矩目的，因此本实用新型是多功能电机控制器，可以控制直流无刷电机、交流异步电机或永磁同步电机，其中永磁同步电机的转子位置传感器可以是正交编码器、旋转变压器和三霍尔。(2)本实用新型的软件架构层次分明，避免了市场上的软件和硬件架构层次不够分明、软件和硬件架构兼容适应性差的缺点，具有软件和硬件架构兼容适应性好的优点；(3)本实用新型是脱平台的电机驱动器，是可以供从事电机控制器算法研究的高校老师和学生或者产品开发的工程师，提高研究和开发效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的软件运行示意图。

图中：1—微控制器，2—电源，3—三相全桥逆变电路，4—电流采样模块，5—显示器，6—pc上位机，7—旋转电位器，8—电机。

具体实施方式：

下面结合附图与具体实例对本实用新型进行详细说明。

如图所示，本实用新型的装置包括：微控制器1、电源2、三相全桥逆变电路3、电流采样模块4、显示器5、pc上位机6、旋转电位器7、电机8，所述微控制器1与电源2、三相全桥逆变电路3、电流采样模块4、显示器5、pc上位机6、旋转电位器7相连；所述电源2分别与微控制器1、三相全桥逆变电路3相连；所述三相全桥逆变电路3通过六路pwm与微控制器1相连，且三相全桥逆变电路3也分别与电流采样模块4、电机8相连；所述电流采样模块4分别与微控制器1、三相全桥逆变电路3相连；所述显示器5与微控制器1相连；所述pc上位机6通过can或rs232通讯与微控制器1相连；所述旋转电位器7与微控制器1相连。

进一步的，所述微控制器1为控制核心，包括复位电路、时钟电路，且所述微控制器分为stm32和dsp两种，stm32采用意法半导体的arm芯片，而dsp采用的是ti的tms320f28335芯片。

进一步的，所述电源2是由母线电压经过斩波电源和稳压电源，输出moseft驱动电源和微控制器供电电源，其中斩波电源芯片是lm2596-adj降压斩波，最终能够输出13.5v电压，稳压电源是ams1117-5.0和ams1117-3.3；所述电源2向三相全桥逆变电路3输出的电压为5v，向微控制器1输出的电压为3.3v。

进一步的，所述电流采样模块4通过二个采样电阻得到相电流信号，通过运放和调制电路送入微控制器1ad采样口；其相电压是电阻分压后送入微控制器1ad口。

进一步的，所述显示器5采用12864液晶屏，显示电机8的电压电流和转速等参数。

进一步的，所述三相全桥逆变电路3是实现各种三相电机驱动控制的功率电路，在永磁同步或交流异步电机的驱动控制中，三相全桥驱动电路是通过矢量控制和空间矢量调制pwm波驱动控制电机转速和扭矩，直流无刷电机驱动是根据三霍尔信号切换不同相的moseft，控制器输出相电压达到控制转速和扭矩目的。

进一步的，所述pc上位机6是基于labview图形界面工具开发的。

进一步的，所述pc上位机6或所述旋转电位器7将转速扭矩控制指令传输至微控制器。

进一步的，本实用新型通过控制软件进行流程控制，所述控制软件包括微控制器底层外设驱动、电机控制算法和用户接口应用层，电机控制算法，主要是电机控制器接受控制指令后，读取转子位置传感器位置信号、电机相电流和电压信号，然后进行矢量控制、三霍尔换相控制和空间矢量调制pwm控制；所述控制软件运行流程包括接受转速扭矩指令、读取转子位置、相电流ad采样、速度闭环/扭矩控制、电流闭环pi、pwm输出、三相电机控制电路。

本实用新型的具体实施运作方式如下：

通过pc上位机6或旋转电位器7将转速扭矩指令传输至微控制器1，在控制软件的作用下，微控制器1接受转速扭矩指令，然后通过三相全桥逆变电路3和电流采样模块4依次进行读取转子位置、相电流ad采样、速度闭环/扭矩控制、电流闭环pi、pwm输出、三相电机控制电路，最终实现电机8的驱动控制；整个过程中通过显示器5显示监督运行状态。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思或原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。