1 STM32F072简介意法半导体作为ARM® Cortex™-M内核的领导厂商，在 Cortex™-M3大获成功的基础上，又推出了性价比更高的基于Cortex™-M0内核的 STM32™ F072系列微控制器产品。 STM32系列微控制器适合各种应用领域，包括医疗服务、销售终端设备（POS）、建筑安全系统和工厂自动化、家庭娱乐等。STM32F072系列的专有技术优势如下： •采用多达7通道DMA控制器数据传输速率极快；
•高集成度：最高64KB片上闪存，16KB SRAM，复位电路，内部RC振荡器、PLL锁相环；
•在电池或者较低电压供电的应用中，准许用户选择高性能或低功耗工作模式；
•出色的开发工具和软件生态系统：提供各种集成开发环境、元语言工具、DSP固件库、低价入门工具、软件库和协议栈；
•优越的和具有创新性的外设，具有各种通信接口（包括USART、SPI、I2C、CAN、USB）；
•模拟外设：1个12位DAC，1个12位ADC；
•最多12个定时器：其中包括一个电机控制用的16位6通道PWM定时器。 2 永磁电机控制随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流永磁电机控制技术得到极大的发展，使得先前困扰着交流永磁电机的控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的进展，交流永磁电机的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流永磁电机取代直流电机系统，尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。数字化交流永磁电机的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。 意法半导体的STM32F072不但在硬件上大幅减小了外部器件的种类及数量，降低了生产成本，提高了产品的可靠性；而且提供了通用外设库、图形化芯片外设配置软件Microxplorer和支持实时变量监控及可视化调试的软件STMStudio，以加快设计开发人员的产品开发速度。 由于STM32F072具有6通道的PWM定时器，及可同步触发的ADC，可做为交流永磁电机控制器。 3 交流永磁电机设计原理本方案采用采用技术成熟的场定向技术对永磁同步电机进行控制,完成交流永磁电机的调速控制。 在设计中把电流环降阶为一个一阶小时间常数的惯性环节，为速度环设计提供基础，速度环采用PI控制。其控制原理如下图。
4 控制器的主要功能•被控电机为交流永磁同步电机（PMSM），电机控制算法为磁场定向控制（FOC）； •启动方式：基于梯形波的软启动控制； •系统具有速度和扭矩控制功能； •系统具有过压、过流及欠压保护功能； •系统可通过CAN口或串口与上位机/PLC进行通信；图1调速控制系统结构框图 基于STM32F072的交流永磁电机调速控制器原理框图如下： 图2 基于STM32F072的交流永磁电机调速控制器原理框图 由图2可知：基于STM32F072的伺服控制器使用的元件少，结构简单，易于开发。现就基于STM32F072伺服控制器的各部分分述如下： 5 电源供电本方案中驱动的电机为24V的小功率PMSM，所以直流母线电压应该在DC18~24V之间，最低不能低于DC18V。 采用L7815CP三端稳压模块将直流母线电压降为15V供IGBT驱动器L6390使用； 采用L7805CP三端稳压模块将15V电压降为5V供电机的Hall、hall电流传感器ACS706、数据缓冲74LV244以及运放TSV994使用； 采用AMS1117低压差稳压器将5V转为3.3V供STM32F072及UARTPHY接口芯片C3222B、CANPHY接口芯片SN65HVD234供电。 以上供电方案成本较低。 6与上位机/PLC的接口电路本方案中与上位机/PLC的接口有三种方式，分别是RS232串口、CAN接口，选用ST公司的C3222B作为RS232的接口芯片，TI公司的SN65HVD234为CAN接口芯片。 7 IGBT及其驱动电路本方案选用ST公司的IGBT，型号是STGF7NC60HD，该款IGBT的耐压为Vce=600V，在100℃时的允许电流为Ic=6A，饱和压降Vces=2,4V，栅极平均电荷Qg==48nC,由于其Qg较小，所以其最大开关频率可达70KHz。 选用驱动IGBT的芯片为ST公司的L6390半桥驱动芯片，它采用BCD离线技术，使其可以在600V下工作。 8 电压电流采样电路本方案先将直流母线电压通过电阻分压后，再用运放变换至合适的电平供STM32F072内部的ADC采样。STM32F072通过采样直流母线电压来进行直流母线纹波补偿。 本方案选用allegro公司的hall电流传感器ACS706，来对V相、W相电流进行检测，并根据检测结果进行FOC控制算法，控制电机的转动。之所以选用ACS706，是为了进行高低压隔离，已防止系统的功率部分产生的干扰串入STM32F072。 如对成本敏感，可将ACS706用”采样电阻+运放”进行电平变换的方式替换。注意应选取有良好温度系数（≈100~200PPM）的采样电阻，否则采样电阻值随着温度升降，其阻值变化较快，使得V相、W相电流采样不准确，从而影响控制效果。 9 故障保护电路在电流采样电路的基础上，通过比较器设定过流门限，当电流超限时，启动制动电路，停止PWM输出，并进行故障指示。 在电压样电路的基础上，通过软件设定过压、欠压门限，当电压超限时，启动制动电路，停止PWM输出，并进行故障指示。 10 Hall 接口电路本方案通过74LV244将电机的HALL信号送STM32F072的定时器中段进行处理。 11 基于STM32F072的交流永磁电机调速控制的软件实现基于STM32F072的交流伺服控制器，采用目前普遍应用的基于永磁电机动态解耦数学模型的矢量控制方法，矢量控制最本质的特征是通过坐标变换将交流电机内部复杂耦合的非线性变量变换为相对坐标系为静止的直流变量(如电流、磁链、电压等)，从中找到约束条件，获得某一目标的最佳控制策略。 在进行交流伺服控制器的软件设计时，可使用ST公司的图形化芯片外设配置软件Microxplorer进行芯片的外设配置、初始化代码的生成；在系统的调试阶段由于电机控制的特殊性，不能在电机运行时设置断点进行调试，为此可采用ST公司的STMStudio软件进行实时变量监控及可视化调试。 12 电流环的实现要求电流环具有输出电流谐波分量小，响应速度快等性能，所以电流调节器必须满足内环控制所需要的控制响应速度，能精确控制随转速变化的交流电流大小及频率。但若电流环的响应速度过大，会使电流环调整时的音频噪声较大，同时在电流很小时会引起电流环的震荡，建议电流环响应频率的上限值时开关频率的10%为好。 对电流环的控制算法则采用智能PI控制算法。其基本思路：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。其流程框图如下：
图3 电流调节器工作
流程框图 3. 总结 以上就是我的方案分享。由于最近事情较多，写的比较粗糙，而且也没能调试完成，其思路仅供大家参考。 V
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发表于 2015-1-31 22:59:02
