基于stm32F103HAL库+cubemx+freertos无感无刷电机BLDC控制程序开发

最近在做一个舵机控制项目，控制对象为大功率无感无刷电机，网上搜遍了资源，貌似这方面的资源真得十分匮乏。大部分资源都是有关带霍尔传感器或者光电编码器的。可能是因为无感无刷电机的应用场景比较窄的原因。
把野火的《电机应用开发实战指南—基于STM32》读了一遍，有点小失望。老实说刘火良老师写的内容值得一个大大的赞，但是有关无感无刷电机的控制方法涉及甚少。又把网友奉为圣经的《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》读了几遍（怒本人愚钝，读一遍确实如坠云里雾里）。这篇文章确实不错，把无感无刷直流电机电调设计的方方面面讲的通透。基于这篇文章的思想，我们项目组开发了一款无感无刷电调。闲话少叙，请看正文。
一、cubemx系统配置
1、配置sys，将Debug框选择“Serial Wire”,系统时基选择“TIM7”，如图1所示。

2、时钟配置。先设置RCC模式，将HSE和LSE都设置为“Cristal/Ceramic Resonator”。

3、配置ClockConfiguration，如图3.

3、驱动电路采用经典的“全桥六臂电路”，上半桥臂采用pwm控制，用于电机调速，配置TIM1的CH1、CH2、CH3的PWM输出，如图4、图5所示。

4、下半桥臂三个引脚配置为推挽输出，如图6

5、配置用于反向电动势零点检测的EXTI中断引脚，如图7.

6、点击生成代码，系统自动生成的代码略过不提。
二、无感无刷电调核心代码

**
1、正如《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》一文中所讲的那样，无感无刷直流电机控制最核心的两点，一是起动控制，二是过零点检测。文中对德国MK项目代码的启动流程、启动算法进行了透彻分析。这里我就不再班门弄斧了。感兴趣的朋友可以看原文。我这里直接改造成了hal库版本：

 unsigned char Anwerfen(unsigned char pwm)
{// DISABLE_SENSE_INT;HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);DrivePWMValue=pwm;      while(1){Starter_startertimer-= Starter_startertimer/15+1;if(Starter_startertimer < 25) return 1; Starte_Zero++;Starte_Zero %= 6;zero_alter();vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(Stater_statertimer));}
}

  注意MK项目起动控制比较高明的地方一是采用指数曲线加速，二是完全关闭外部中断，采用定时器换向。

2、zero_alter()即为换向程序：

 void Zero_alter(void)
{ switch(State_Zero){case 5:    TIM1->CCR1=0;              //AB->ACTIM1->CCR3 = DrivePWMValue;                     TIM1->CCR2=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET); break;case 1:TIM1->CCR2=0;              //AC->BCTIM1->CCR2 =  DrivePWMValue;                   TIM1->CCR3=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15 | GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET); break;case 3:TIM1->CCR1=0;               //BC->BATIM1->CCR2 =  DrivePWMValue;                      TIM1->CCR3=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);     break;case 2:TIM1->CCR2=0;              //BA->CATIM1->CCR1 =  DrivePWMValue;                   TIM1->CCR3=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);   break;case 6:TIM1->CCR2=0;//CA->CBTIM1->CCR1 =  DrivePWMValue;                   TIM1->CCR3=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);          break;case 4:TIM1->CCR2=0; //CB->ABTIM1->CCR3 =  DrivePWMValue;                   TIM1->CCR1=0;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);   break;default:break;}
}

程序按照《攻略》一文中的图24的换向原理，编写了程序，结合图片查看更清晰。
3、外部中断控制程序：

State_Zero=(GPIOA->IDR&0x0038)>>3;Zero_alter();counter_DiretionConvert++;if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(EXTI_LINE_4)!=RESET)__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(EXTI_LINE_4);

4、主程序
freertos中的任务控制程序代码：

void StartTaskStarterControlTask(void *argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskStarterControlTask *//* Infinite loop */for(;;){switch(StartCommand){case eCMD_START_READY:DrivePWMValue = 0;HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1|TIM_CHANNEL_2|TIM_CHANNEL_3);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI4_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI9_5_IRQn);statertriggerflag=true;staterruntigflag=true;break;case eCMD_START_START:Anwerfen(50);State_Zero++;DrivePWMValue = 5;Stater_statertimer=300;StartCommand=eCMD_START_RUN;break;case eCMD_START_RUN:if(staterruntigflag==true){HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);staterruntigflag=false;}//打开PWM，电机启动             DrivePWMValue =200;break;case eCMD_START_STOP:DrivePWMValue = 0;HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1|TIM_CHANNEL_2|TIM_CHANNEL_3);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI4_IRQn);
HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI9_5_IRQn);statertriggerflag=true;staterruntigflag=true;break;default:return;  }   vTaskDelay(20);}/* USER CODE END StartTaskStarterControlTask */
}

注意此处程序运用了状态切换，将无刷电机的状态定义为4种：eCMD_START_READY、eCMD_START_START、eCMD_START_RUN、eCMD_START_STOP，其中的核心代码段位eCMD_START_START、eCMD_START_RUN，参照了攻略的思想，尤其是起动中的pwm值调整。
5、另外，本文对《攻略》中的宏定义也进行了整理，此处一并贴出：

#define  STEUER_A_H {TIM1->CCR1=0;TIM1->CCR3=DrivePWMValue;TIM1->CCR2=0;}
#define  STEUER_B_H {TIM1->CCR1=0;TIM1->CCR2 = DrivePWMValue; TIM1->CCR3=0;}
#define  STEUER_C_H {TIM1->CCR2=0; TIM1->CCR1 = DrivePWMValue; TIM1->CCR3=0;}#define  STEUER_A_L {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET); }
#define  STEUER_B_L {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET); }
#define  STEUER_C_L {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET); }#define SENSE_A {HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI4_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI9_5_IRQn);}
#define SENSE_B {HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI9_5_IRQn);}
#define SENSE_C {HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI3_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI4_IRQn);}

三、写在后面的话
由于电机的磁极对数、电阻、电感参数不一，应用场景和负载也不尽相同，本文的参数不一定适合您的项目，需要结合项目实际，细心的调整，去探索无感无刷直流电机控制的深邃与神秘。

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