基于Cortex-M3的STM32微控制器處理先進(jìn)電機(jī)控制方法

　　即使最復(fù)雜的算法幾乎也無法修正不精確的模擬測量值，但是，在某種程度上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體性能取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量。STM32F103芯片內(nèi)置三個(gè)采樣率為1MSps的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，總不可調(diào)整誤差 (TUE)低于5 LSB。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口有三個(gè)主要功能：首先，使CPU擺脫簡單控制任務(wù)和數(shù)據(jù)處理;其次，連接芯片的其余部件(中斷請(qǐng)求、DMA請(qǐng)求、觸發(fā)輸入);最后，使STM32的多路轉(zhuǎn)換器同步操作。在這些對(duì)無刷電機(jī)控制有用的功能中，我們首先考慮通道讀序列發(fā)生器。對(duì)比傳統(tǒng)的掃描電路(按照模擬輸入序號(hào)，按序轉(zhuǎn)換一定數(shù)量的通道)， 在一個(gè)16個(gè)轉(zhuǎn)換通道組成的順列(例如：Ch3, Ch3, Ch0, Ch11)內(nèi)，序列發(fā)生器可按任何順序轉(zhuǎn)換通道，當(dāng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，這個(gè)功能給設(shè)計(jì)人員帶來更高的設(shè)計(jì)靈活性，為實(shí)現(xiàn)平均轉(zhuǎn)換目的，準(zhǔn)許對(duì)同一通道進(jìn)行多次采樣(在一個(gè)序列內(nèi))，當(dāng)整個(gè)序列轉(zhuǎn)換完畢后，DMA通道將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到RAM，中斷處理程序產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。

　　在檢測電機(jī)相位電流的過程中，瞬變電壓在功率開關(guān)上產(chǎn)生的噪聲(在離線開關(guān)應(yīng)用中，典型噪聲達(dá)到幾百個(gè)V/μs)是引起讀取誤差的一個(gè)重要原因，可能導(dǎo)致測量結(jié)果的信噪比非常低。解決方法是使模數(shù)轉(zhuǎn)換器與控制功率級(jí)的定時(shí)器同步：因?yàn)閾Q向時(shí)刻可以預(yù)定(由3 PWM定時(shí)器的比較寄存器定義)，所以可以使用一個(gè)額外比較通道在換向時(shí)刻稍前或稍后觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換操作。基于這個(gè)原因，STM32啟用了第二個(gè)序列發(fā)生器(又稱注入序列發(fā)生器)，該序列發(fā)生器的優(yōu)先級(jí)高于正常序列發(fā)生器，可以用一個(gè)不能延遲的新轉(zhuǎn)換操作使當(dāng)前的轉(zhuǎn)換操作中斷。通常情況下，正常序列發(fā)生器負(fù)責(zé)“內(nèi)部管理”轉(zhuǎn)換，連續(xù)檢測溫度或直流總線電壓(作為后臺(tái)任務(wù))，然后通過DMA通道發(fā)送到RAM，而注入序列發(fā)生器則將處理時(shí)間關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換操作，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器寄存器(將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，但是不能接受延時(shí))。

　　對(duì)于一個(gè)能夠執(zhí)行先進(jìn)的電機(jī)控制功能的通用微控制器，擁有微控制器是一回事，而開發(fā)輕松入門卻是另一回事。利用軟硬件工具可以把這個(gè)問題的兩個(gè)方面都處理好。首先是擁有一套電機(jī)控制開發(fā)入門工具，之后，意法半導(dǎo)體為STM32客戶免費(fèi)提供電機(jī)控制軟件庫。2.0版電機(jī)控制軟件庫利用頭文件內(nèi)的一個(gè)簡單且低廉的 #define聲明列表支持各種配置。軟件庫包含交流感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)的磁場定向控制算法，為簡化代碼的可讀性和可維護(hù)性，這些算法采用C編程語言，再次證明了現(xiàn)代編譯器的效率。該軟件庫還針對(duì)PMSM電機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)健的無傳感器控制算法(基于磁通觀測器)，以及一個(gè)超高速內(nèi)部永磁電機(jī) (IPM)專用控制算法。

　　意法半導(dǎo)體目前的主要開發(fā)項(xiàng)目是控制電機(jī)直到靜止?fàn)顟B(tài)的無傳感器永磁電機(jī)控制和內(nèi)置功率因數(shù)校正功能的雙電機(jī)控制。最近，意法半導(dǎo)體成功演示了單電流檢測方法，僅一個(gè)STM32微控制器就能執(zhí)行兩個(gè)單電流檢測矢量控制功能，同時(shí)還用一個(gè)40 kHz的控制回路管理PFC級(jí)(詳見圖1)。

　　STM32微控制器產(chǎn)品線將繼續(xù)沿四個(gè)新方向部署，如圖3所示，其中兩個(gè)方向適用于電機(jī)控制。第一個(gè)產(chǎn)品線將面向低成本市場，開發(fā)低端的16位電機(jī)控制微控制器。另一個(gè)產(chǎn)品線以高性能為訴求，面向需要更高處理性能、更大存儲(chǔ)容量和高帶寬接口的應(yīng)用。如此寬廣的產(chǎn)品組合結(jié)合Cortex-M3內(nèi)核，勢必確立STM32架構(gòu)適用于現(xiàn)在和未來電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多功能性。