DMA+ADC快速采集直流无刷电机电流

本文介绍了如何在STM32微控制器上利用DMA和ADC进行直流无刷电机电流的高速采集。在六步法控制电机的场景下,通过设置规则组ADC和DMA传输,实现每个PWM周期采集64个点,确保在10k开关频率下能准确复现电流波形,有利于电机保护和控制。代码分享包括ADC初始化配置。

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1. 摘要

本篇笔记主要介绍,如何在STM32上如何通过DMA+ADC的模式快速采集直流无刷电机电流,本介绍是基于之前上篇推送《CAN通信控制一拖二直流无刷电机》的工程

2. 准备工作

1), IAR 8.3.1

2), 运行正常的直流无刷电机控制工程

3. 问题指出

在做电机控制的时候,我们的功率管开关频率很高,我们需要快速采集相电流,这次的工程是六步法控制直流无刷电机,如果快速的采集电机的相电流。

4. 解决问题

STM32的ADC有注入组和规则组之分,经常在中点采集的时候我们用注入组,其他采集可以用规则组,而这次采集相电流,我们使用规则组,两个PWM周期采集64个点,使用DMA来传输,不占用CPU资源,根据实际采集的测试,10k的开关频率,根据示波器的测试,可以完美复原波形,这样可以很好的去做保护和控制。

1ms采集到的波形。

5. 代码分享

ADC初始化

### STM32三相直流无刷电机双闭环控制电路原理 基于STM32的三相直流无刷电机双闭环控制系统通常由速度外环和电流内环组成,通过PI控制器调节电机的速度和电流。该系统的核心在于利用STM32单片机作为主控单元,配合驱动芯片完成对电机的精确控制。 #### 主要组成部分 1. **STM32单片机** 单片机负责接收外部信号并计算所需的PWM波形来驱动电机。其内部集成了定时器模块用于生成PWM信号,并可通过ADC采集霍尔传感器或反电动势信号以实现位置检测[^1]。 2. **驱动芯片(如IR2136)** 驱动芯片的作用是放大来自STM32的弱电信号至足以驱动功率MOSFET的程度。它还提供了短路保护等功能,确保系统的安全性[^2]。 3. **功率级电路** 功率级电路一般采用H桥拓扑结构,由六个N沟道MOSFET构成三相全桥逆变器。这些器件根据PWM信号切换状态,从而改变施加到电机上的电压方向和大小。 4. **反馈回路** - **速度反馈**:可以通过编码器或者估算算法获取实际转速并与目标值比较。 - **电流反馈**:使用分流电阻测量每相电流并通过采样电路送入MCU进行处理。 5. **PI控制器** PI控制器被广泛应用于工业自动化领域,在本案例中分别设置于速度环和电流环之中。它们能够有效减少稳态误差并提高动态响应特性[^1]。 以下是简化版的双闭环控制框图表示: ```plaintext +-------------------+ | | | Speed Ref |-----> Speed PID ----> PWM Signal ---> Power Stage --> BLDC Motor | |<----- Actual Speed (Feedback from Encoder/BEMF Detection) +-------------------+ +-------------------+ | | | Current Ref |-----> Current PID ----> Adjusted Duty Cycle ------> Same Path Above | |<----- Phase Currents Measured via Shunt Resistors +-------------------+ ``` 对于具体的硬件连接部分,则需注意以下几点: - 将IR2136的INx端接到对应GPIO引脚; - OUTx则连往各半桥高端/低端开关管栅极; - 同时别忘了加入必要的滤波元件比如退耦电容等防止高频干扰影响正常工作[^2]。 最后附上一段伪代码展示如何初始化TIM通道产生互补型PWM输出给定时间间隔内的占空比调整逻辑片段: ```c // 初始化 TIM 定时器配置 void Init_PWM(void){ // 设置自动重装载寄存器预分频系数及时基周期数值... // 对应 CH1~CH3 的 CCER 寄存器位操作定义为向上计数模式下的主动低电平有效触发动作... // 开启 DMA 请求功能以便连续传输数据流而不必频繁中断服务程序介入... } // 更新指定通道的新占空比参数函数原型声明 void Update_Duty_Cycle(uint8_t channel, float duty_cycle_percentage); ```
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