如果不想错过我的推送，请前往右上角-查看公众号-设为星星
感谢我的老粉丝分享他的毕业设计。 当达尔文成立时，他跟随我们，现在是一名研究生。 如果你也愿意分享你的毕业设计，可以联系倪姐：（微信ID）
——倪姐
今天分享的内容主要是毕业设计的软硬件部分，以及电机参数测量的内容。 关于建模和仿真我就不多介绍了。
设计要求
1）无刷直流电机驱动器可以控制驱动无刷直流电机转动；
2）无刷直流电机转速可平滑调节，方向可实现正反转；
3）电机驱动电压为DC12V；
4）直流电机转动过程中，不应有线圈振动、不正常噪音或人耳可听到的啸叫声；
5）能够长期稳定工作。
下面将从硬件设计和软件流程两个角度分享重点内容。 本文涉及的硬件电路图源文件和软件代码工程文件均已开源。 您可以回复“达尔新闻”微信：无刷直流电机。
硬件系统设计
首先我们看一下无刷直流电机控制系统各部分的芯片选型及电路原理图。
系统硬件电路图
1）芯片选型
本次设计选择该芯片，主要是因为该芯片硬件集成了一些电机驱动常用的算法模块，如SVPWM模块、PI模块、低通滤波器模块、SMO模块、反正切模块、Park变换模块、变换模块。 FOC算法中常见的模块有模块、Park逆变换模块、逆变换模块等。
由于集成度高，设计过程中可以将更多的精力花在各个模块的参数调试和整体算法的调试上。 不需要花费时间构建模块，从而缩短了开发周期，并且硬件模块的计算速度比程序中编写的软件算法的计算速度快得多。 当然，你也可以编写自己的算法在芯片上运行，但这样你就失去了芯片硬件加速的优势。
2）电源电路
采用LM317线性稳压芯片板载供电。
电源防反接电路如下图所示：
C3为220uF电解电容，主要用于滤除低频杂波什么是桥臂电阻，C5为0.1uF贴片电容，主要用于滤除高频杂波。 D3为电源指示灯什么是桥臂电阻，R1为限流电阻。 当正电压端接1时，D1、D2、D4导通。 D6是TVS管，可以滤除浪涌电流，并将两端电压钳位在预定值。 此时电路工作正常。 若电源接反，则D6导通，电源电压反向加到D1、D2、D4上，此时电路不工作。
3）桥驱动电路：
本设计采用三相全桥驱动电路：
上臂采用P沟道增强MOS管。 主要原因是12V低压电路使用PMOS管的成本并不太高，而且可以省掉自举电路，使电路更简单。 下臂采用N沟道增强型MOS管。 虽然原理图和PCB上都画了上拉和下拉电阻，但在实际调试过程中，发现这两个没有任何作用。 可能是因为上下桥臂的MOS管内置了上拉和下拉电阻，所以下面就把这些电阻从板上去掉即可。 使用每个MOS管G极连接的限流电阻。 限流电阻太小，无法限制电流。 过大的限流电阻会导致上下桥臂穿过MOS管，使MOS管发热甚至烧毁。
4）过压保护电路：
电源电压经过两个分压电阻R5和R13分压后，再经过R13分压后的电压送至芯片的ADC引脚进行采样。 如果芯片判断电源电压高于电机的耐压范围，就会关闭所有MOS管，以保护电机。 D5为钳位二极管，电压低于5V时不导通。 当电压高于5V时，反向导通，将电压钳位在5V。 这是为了防止电压高于5V时烧毁芯片。 两个分压电阻的分压比也需要适当调整。 R13分压的电压越大，过压保护的过压值越小，采样角度越高。 R13分压的电压越小，过压值越小。 采样精度越大，精度越低。
5）采样电路：
采样电路是无感FOC驱动器的核心电路。 驱动电路中采样电阻为RS1，采用10毫欧采样电阻。 运放采用芯片内部的运放。 值得注意的是，采样电路的PCB走线必须使用开尔文走线。
最终实际驱动板如下：
系统软件设计
本章主要介绍本设计的主程序流程图及其实现原理，主要包括主程序流程图、电机启动算法流程图和失速保护程序流程图。 还详细解释了该设计如何通过采样电阻采集三相电流来实现位置检测和闭环控制。
主程序流程图：
从图中可以看出，驱动程序经过一系列的初始化和校准后，会在while循环中进入FOC状态机，同时也会进入这四个主中断程序。
电机参数初始化主要是清除FOC运行时使用的所有变量。 预充电是对自举电路的自举电容进行充电。 由于设计中没有自举电路，因此不执行预充电过程。 对于正反转和预定位，在电机启动之前首先判断转子的初始速度。 如果顺风速度达到闭环速度，电机将直接进入运行状态。 如果是逆风旋转，则先进行制动处理，然后再进行预定位。 预定位主要是通过强制设定一个转子位置角，使电机转子保持在该位置静止，然后执行电机启动程序。
目前有四种电机启动算法方案：坡道启动、Omega启动、先爬坡后Omega启动、无传感器启动。 除了感觉激活之外，其他三种方法都有一个共同点：都是先开环，再闭环。 本设计采用Omega启动算法，优点是启动速度快，缺点是调试困难。
欧米茄是角速度。 所谓欧米茄启动，就是按照强制给定速度开环驱动电机。 当电机达到一定速度时，闭环。 图中的折线是程序中给出的强制估计速度EMOE，曲线是实际滑模估计器估计的速度omega。 当估计器估计的速度omega小于程序设定的最小值时，则强制速度估计。 每个运行周期都会加上程序设定的速度增量，根据程序设定限制最大值； 当omega大于等于时，速度采用实际估计速度omega，切换为闭环控制。
堵转保护的作用是防止电机堵转时烧毁电机及驱动器。 失速保护程序和失速保护恢复程序放在1ms中断中，每5ms执行一次。 一旦判断为堵转保护，则进入故障处理程序，关闭所有输出，并延时5秒重新启动电机。 若再次判断为堵转保护，则再延时5秒再重新启动，直至重新启动5次。 如果仍然判断为堵转保护，则失速保护完全关闭输出，不重新启动。
缺相保护是为了防止缺相运行损坏电机。 缺相保护程序和缺相保护恢复程序放在1ms中断中，每5ms执行一次。 一旦判断为缺相保护，则进入故障处理程序，关闭所有输出，并延时3秒重新启动电机。 若再次判断为堵转保护，则再延时3秒再重新启动，直至重新启动5次。 如果仍然判断为缺相保护，缺相保护会完全关闭输出，不会重新启动。
除了失速保护和缺相保护程序外，还有许多其他控制程序。 例如保护程序中的软硬件过流保护、过压保护、启动保护等。 还有用于人机交互的模拟调速程序、按钮程序、蜂鸣器驱动器、指示灯驱动器和OLED驱动器。 例如，与主控算法关系不大的程序，例如判断风是否流动的程序，这里不再详细解释。
对无刷直流电机控制系统感兴趣，或者想完成相关项目的同学，可以下载相关代码进行研究。
电机参数测量
根据反电动势分类，无刷直流电机分为梯形波电机和正弦波电机。 两者的主要区别在于绕组形式不同和永磁体几何形状不同，但都可以采用星形连接或三角形连接。
根据转子结构，无刷直流电机分为表面安装电机和内置电机。 表面安装型是指永磁体磁极附着在转子铁磁材料的表面，内置型是指永磁体磁极嵌入转子铁磁材料内部。 。
在本设计中，使用的无刷直流电机是正弦波表面贴装电机。
判断电机运行是否正常，一般需要测量以下参数：
确定电机磁极对数常用的方法有两种：第一种是通过示波器测量任意两相的反电动势波形，当电机转子旋转360度时立即停止电机，然后输出反电动势波形中的正弦波。 周期数就是电机的磁极对数。 二是将直流电源电压调整至电机额定电压，将限流从0慢慢增加，增加过程中用手移动电机转子，直至电机转子有明显卡住的感觉。 然后停止最大电流。 限流一般为额定电流的10%-20%比较合适。 然后在电机转子上做记号，缓慢旋转转子一周，统计旋转过程中转子卡住的次数。 电机的极对数。 工程中经常使用第二种方法，因为它更准确、更快。
电机的相电阻和相电感与估计器对转子位置的估计密切相关。 用电桥测量两个三相绕组之间的电阻和电感，各得到三组数据。 然后将它们平均并除以2即可得到电机的相电阻和相电感。 需要注意的是，电桥电压一般设置为1V，频率一般设置为1kHz，电阻为读数DCR的值，电感为读数Ls的值。
电机绕组星形连接的 Ld 和 Lq 测量：
有时在检测电机的初始位置时，需要测量确定电机的凸极极性，从而选择初始位置检测方法。
首先将电桥参数设置为与测量相电感相同，然后测量任意两相，然后以很慢的速度旋转电机转子。 电机转子静止时读取电桥上Ls的最大值和最小值。 值，一般认为最大值除以2为Lq，最小值除以2为Ld。 如果想要准确确定Ld和Lq的值，由于推导过程和测量方法都比较复杂，这里就不做过多解释。 在工程中，一般只需要知道最大值和最小值，然后根据调试效果和经验就可以准确确定总和的值。 。
反电动势常数的测量：
将示波器的探头连接到电机的任意一相，将电机的另外两相之一接地，旋转负载，测量反电动势波形。 取中间的正弦波并测量其峰峰值 (V) 和频率 (Hz)。 然后结合之前测得的磁极对数，加上以下公式即可得到反电动势常数的值：
在工程调试过程中，经常测量电机的实际转速，以确定是否满足某些设计指标。 通常直接使用转速表来测量电机速度。 这里介绍一种无需转速表即可准确测量电机转速的方法。 电机正常运行时，用电流钳测量任意相的电流波形，在示波器上选择合适的正弦波，然后用示波器测量正弦波的频率。 根据公式，可以准确判断此时的电机。 转速。
结尾
毕业系列：
