电机学习笔记无刷电机控制6步换相

无刷电机

无刷电机知识

KV 值
有刷直流电机是根据额定工作电压来标注额定转速的，无刷电机引入了 KV 值的概念，而让用
户可以直观的知道无刷电机在具体的工作电压下的具体转速。实际转速 =KV 值 * 工作电压，这
就是 KV 的物理意义，就是在 1V 工作电压下每分钟的转速。无刷直流电机的转速与电压呈正比
关系，电机的转速会随着电压上升而线性上升。例如，2212-850KV 电机在 10V 电压下的转速就
是:85010=850ORPM(RPM，每分钟转速)。KV 值与匝数是呈反比例关系的，例如 2212-850KV，
匝数是 30T(15 圈)，那在 28T 的情况下的 KV 值是:850KV30T/28T=910KV。

一般是三相
这里控制电机靠的是三相六臂全桥电路。

注意不能同侧导通，那就短路了，整个控制过程就是通过霍尔传感器的状态，判断在那一个位置，后按电机旋转真值表来控制。

使用 PWM 控制直流无刷电机的策略包括
PWM-ON、ON-PWM、H_PWM-L_ON、H_ONL_PWM 和 H_PWM-L_PWM。这 5 种控制策略，均是电机处于 120° 运行方式下进行的

这 5 种调制方式为：

PWM-ON 型。在 120° 导通区间，各开关管前 60° 采用 PWM 调制，后 60° 则恒通。
ON-PWM 型。在 120° 导通区间，各开关管前 60° 恒通，后 60° 则采用 PWM 调制。
H_PWM-L_ON 型。在 120° 导通区间，上桥臂开关管采用 PWM 调制，下桥臂恒通。
H_ON-L_PWM 型。在 120° 导通区间，上桥臂开关管恒通，下桥臂采用 PWM 调制。
H_PWM-L_PWM 型。在 120° 导通区间，上、下桥臂均采用 PWM 调制。

具体内容去看野火电机手册，这里只是个人笔记

配置

这里采用，H_PWM-L_ON 型。在 120° 导通区间，上桥臂开关管采用 PWM 调制，下桥臂恒通。

首先配置定时器5的霍尔编码器

这里差不多是10.1hz ，10/1 = 0.1s = 100ms ,是1秒执行10次

代码生成后

/* TIM5 init function */
void MX_TIM5_Init(void)
{TIM_HallSensor_InitTypeDef sConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};htim5.Instance = TIM5;htim5.Init.Prescaler = 127;htim5.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim5.Init.Period = 0xFFFF;htim5.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim5.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;sConfig.IC1Polarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE;sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;sConfig.IC1Filter = 10;sConfig.Commutation_Delay = 0;if (HAL_TIMEx_HallSensor_Init(&htim5, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_OC2REF;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim5, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}}

我们这里需要注意的是sConfig.IC1Polarity，这里默认配置完就是TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING
我们需要改成TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE的双边沿触发。

这里只是init，后面我们使能中断

void hall_enable(void)
{   //前面的IC1Polarity要修改为TIM_ICPOLARITY_BOTHEDGE__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim5,TIM_IT_TRIGGER);  //触发：有某个信号触发。 __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim5,TIM_IT_UPDATE);   //更新：有某个寄存器被更新。HAL_TIMEx_HallSensor_Start(&htim5);HAL_TIM_TriggerCallback(&htim5);
}

使能中断，启动霍尔功能，在回调HAL_TIM_TriggerCallback(&htim5);

我们在开启定时器pwm功能

PH15,14,13 设置为定时器输出功能，控制下桥臂

  /* TIM8 init function */
void MX_TIM8_Init(void)
{TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};htim8.Instance = TIM8;htim8.Init.Prescaler = 1;htim8.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim8.Init.Period = 5599;htim8.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim8.Init.RepetitionCounter = 0;htim8.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;if (HAL_TIM_Base_Init(&htim8) != HAL_OK){Error_Handler();}sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim8, &sClockSourceConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim8) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim8, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;sConfigOC.Pulse = 0;sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_SET;sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim8, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim8, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim8, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK){Error_Handler();}sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 0;sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim8, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}HAL_TIM_MspPostInit(&htim8);}

我们要让TIM5控制TIM8和开启pwm所以在设置个函数

TIM5控制TIM8

void PWM_Configuration(void)
{/* 配置触发源 */HAL_TIMEx_ConfigCommutationEvent(&htim8, TIM_TS_ITR3, TIM_COMMUTATION_SOFTWARE); // 内部触发配置(TIM8->ITR3->TIM5)/* 开启定时器通道1输出PWM */HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_1);/* 开启定时器通道2输出PWM */HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_2);/* 开启定时器通道3输出PWM */HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_3);//    HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_1);
//   HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_2);
//   HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_3);
}

思路

开启霍尔回调，回调开启后通过获取霍尔传感器的状态，在回调中输出相应的pwm和下桥臂开启或关闭，使无刷电机换相

uint8_t get_hall_state(void)
{uint8_t state = 0;#if 1/* 读取霍尔传感器 U 的状态 */if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOH,GPIO_PIN_10) != GPIO_PIN_RESET){state |= 0x01U << 0;}/* 读取霍尔传感器 V 的状态 */if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOH,GPIO_PIN_11) != GPIO_PIN_RESET){state |= 0x01U << 1;}/* 读取霍尔传感器 W 的状态 */if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOH,GPIO_PIN_12) != GPIO_PIN_RESET){state |= 0x01U << 2;}#elsestate = (GPIOH->IDR >> 10) & 7;    // 读 3 个霍尔传感器的状态#endifreturn state;
}

霍尔回调中，使无刷电机换相

void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{/* 获取霍尔传感器引脚状态,作为换相的依据 */uint8_t step = 0;step = get_hall_state();#if 0if(get_bldcm_direction() == MOTOR_FWD){step = 7 - step;        // 根据换向表的规律可知： REV = 7 - FWD;}#endifif(get_bldcm_direction() == MOTOR_FWD){switch(step){case 1:    /* U+ W- */// printf("U+ W-\r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, bldcm_pulse);                  // 通道 1 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 2:     /* V+ U- *///printf("V+ U- \r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, bldcm_pulse);                  // 通道 2 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 3:    /* V+ W- *///printf("V+ W-\r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, bldcm_pulse);                  // 通道 2 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 4:     /* W+ V- *///printf("W+ V-\r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, bldcm_pulse);                  // 通道 3 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂 break;case 5:     /* U+  V -*///printf("U+  V -\r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, bldcm_pulse);                  // 通道 1 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 6:     /* W+ U- *///printf("W+ U-\r\n");__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, bldcm_pulse);                  // 通道 3 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;}}else{switch(step){case 1:   /* W+ U- */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, bldcm_pulse);                  // 通道 3 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 2:    /* U+  V -*/__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, bldcm_pulse);                  // 通道 1 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 3:   /* W+ V- */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, bldcm_pulse);                  // 通道 3 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂        break;case 4:    /* V+ W- */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, bldcm_pulse);                  // 通道 2 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 5:    /* V+ U- */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);                            // 通道 1 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, bldcm_pulse);                  // 通道 2 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;case 6:    /* U+ W- */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);                            // 通道 2 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);                            // 通道 3 配置为 0HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, bldcm_pulse);                  // 通道 1 配置的占空比HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);      // 开启下桥臂break;}}HAL_TIM_GenerateEvent(&htim8, TIM_EVENTSOURCE_COM);    // 软件产生换相事件，此时才将配置写入   update = 0;
}

如果霍尔传感器引脚状态无改变
update就不会变成0 当CNT与比较值相同时就触发了更新中断

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if (update++ > 1)    // 有一次在产生更新中断前霍尔传感器没有捕获到值{printf("堵转超时\r\n");update = 0;//HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);/* 堵转超时停止 PWM 输出 */hall_disable();       // 禁用霍尔传感器接口stop_pwm_output();    // 停止 PWM 输出}
}

防止电机堵转，禁用电机

//禁用电机
void set_bldcm_disable(void)
{/* 禁用霍尔传感器接口 */hall_disable();/* 停止 PWM 输出 */stop_pwm_output();/* 关闭 MOS 管 */BLDCM_DISABLE_SD();
}

//停止pwm输出
void stop_pwm_output(void)
{/* 关闭定时器通道1输出PWM */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_1, 0);/* 关闭定时器通道2输出PWM */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_2, 0);/* 关闭定时器通道3输出PWM */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim8, TIM_CHANNEL_3, 0);HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂HAL_GPIO_WritePin(GPIOH, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);    // 关闭下桥臂
}

开启电机之前我们要先将SD引脚拉高

我们才能输出pwm

在main函数的控制逻辑

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */__IO uint16_t ChannelPulse = 5500/10;uint8_t i = 0;//uint8_t flag = 0;/* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM5_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_TIM8_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *///PWM_Configuration();bldcm_init();/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */if(Key_Scan(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin) == 1) {/* 使能电机 */HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);//set_bldcm_direction(MOTOR_REV);set_bldcm_speed(ChannelPulse);set_bldcm_enable();}if(Key_Scan(GPIOG,KEY2_Pin) == 1) {/* 停止电机 */HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);set_bldcm_disable();}if(Key_Scan(GPIOC,KEY3_Pin) == 1) {HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);/* 增大占空比 */ChannelPulse += 5500/10;if(ChannelPulse > 5500)ChannelPulse = 5500;set_bldcm_speed(ChannelPulse);}if(Key_Scan(GPIOG,KEY4_Pin) == 1) {HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);if(ChannelPulse < 5500/10)ChannelPulse = 0;elseChannelPulse -= 5500/10;set_bldcm_speed(ChannelPulse);}if(Key_Scan(GPIOG,KEY5_Pin) == 1) {/* 转换方向 */set_bldcm_direction( (++i % 2) ? MOTOR_FWD : MOTOR_REV);}}/* USER CODE END 3 */
}