摘要： 直流无刷电机通过电力电子器件搭建的电路代替了传统的机械换向，弥补了传统直流电机采用电刷换向的不足，在噪声控制、利用效率、使用寿命和运行性能上都优于传统的有刷电机。这也使无刷电机可以利用到更多的领域，如要求电机精密度高、以及运行环境危险的航空航天、船舶等领域。STM32作为一款控制芯片，它的控制器的电路简单，可实现复杂控制，且控制精度高，内设可以实现对直流无刷电机控制的所有需求。用它作为直流无刷电机的控制芯片，可以保证电机运行的稳定性和安全性，且开发成本低，是直流无刷电机控制的最佳选择。本论文从直流无刷电机的特点开始入手，通过对电机原理以及数学模型的分析，进一步实现对硬件电路的搭建。运用仿真测试直流电机的控制逻辑控制器，并通过对STM32所用到的功能进行模块化的程序编辑，最终实现直流无刷电机软件的设计。

关键词： 直流无刷电机；工作原理；电力电子技术；STM32

DC brushless motor control design based on STM32

Abstract: The brushless DC motor replaces the traditional mechanical commutation with a circuit constructed by power electronics, which makes up for the inadequacy of traditional DC motor’s brush commutation and is superior to traditional ones in terms of noise control, utilization efficiency, service life, and operating performance. This also allows brushless motors to be used in more fields, such as aerospace and marine applications that require high motor precision and dangerous operating environments. STM32 as a control chip, its controller circuit is simple, which can achieve complex control, and high control accuracy, its hardware can achieve all the requirements of the brushless DC motor control. Using it as the control chip of the brushless DC motor can guarantee the stability and safety of the motor operation, and it also reduces the development costs, which is the best choice for the control of the brushless DC motor. This thesis begins with the characteristics of brushless DC motor, through the analysis of the motor principle and mathematical model, to further realize the hardware circuit. Using the simulation to test the control logic controller of the DC motor, and through the modular program editing of the functions used by the STM32, the design of the DC brushless motor software is finally achieved.

Keywords: Brushless DC motor , working principle ，Power electronics , STM32

目录

摘要 i

Abstract i

目录 ii

1 绪论 1

1.1 课题的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状与水平 1

1.3 发展趋势 2

2 直流无刷电机的分析 3

2.1 直流无刷电机的结构特点 3

2.2 直流无刷电机的工作原理 3

2.3 直流无刷电机的主电路 6

2.3.1 星形连接三相半桥式逆变电路 7

2.3.2 星形连接三相桥式逆变电路 8

2.3.3 三角形连接三相桥式逆变电路 10

2.4 直流无刷电机的数学模型 12

3 直流无刷电机控制系统的硬件设计 15

3.1 直流无刷电机硬件电路组成部分 15

3.1.1 电机本体 15

3.1.2 逆变电路 16

3.1.3 驱动电路 16

3.1.4 电流检测电路 18

3.1.5 转速检测电路 18

3.2 直流无刷电机控制器电路设计 19

3.2.1 STM32芯片的优点与选择 20

3.2.2 STM32的功能分配 20

3.2.3 STM32的端口配置 22

4 直流无刷电机的仿真 26

4.1 直流无刷电机模型的搭建 26

4.2 转速闭环的仿真 28

5 直流无刷电机控制器的软件设计 30

5.1 软件设计的整体思路 30

5.2 直流无刷电机的控制逻辑 30

5.2.1 正反转控制 30

5.2.2 电流电压保护控制 32

5.2.3 转速计算控制 33

5.2.4 PWM控制 35

5.3 换向控制程序 35

6 总结 38

参考文献 39