【单片机】DIY无刷电机驱动器 2

其他 2021-03-26 21:45:30 阅读次数: 0

接着上篇，先解释一下为什么会出现“共振”现象，如下图：

假如A1的占空比为25%，B2的占空比为10%，C2的占空比也为10%，我一开始想象的A1和B1之间的信号强度应该是：

25% x 10% = 2.5%

但是实际远不是这么回事，假如B2的高电平时间范围正好都落在了A1的高电平时间范围中，那么A1到B2的信号的实际占空比就是B2信号的占空比10%。但是如果 B2的高电平时间范围没有完全都落在了A1的高电平时间范围中或者完全没有落在A1的高电平时间范围中的话，A1到B2的有效信号宽度是A1和B2的信号中高电平重叠部分的宽度。比如C2的信号，高电平信号完全落在了A1信号高电平的外部，也就是A1到C2之间根本没有重叠的部分，不会有电流产生，即使A1和C2的占空都比大于0。

为了解决这个问题，我的做法是将所有PWM通道初始化之后先不要使能定时器，而是在初始化完所有定时器之后再统一进行定时器的使能，这样几个定时器的使能时间差在几个us的级别，甚至更小（CPU为48MHz主频，执行这几条指令耗时很低，而且将全局中断关闭，防止有中断打断该过程），而PWM信号的频率一般是20KHz，周期为50us，这样可以让PWM信号的初相尽可能一样，这样就能让PWM信号的重叠区域最大，示例程序如下：

    ......

    TIM1_PWM_Init(255 - 1,10);    //48MHz / 10 / 255 = 18.8KHz
    TIM3_PWM_Init(255 - 1,10);
    TIM14_PWM_Init(255 - 1,10);
    
    ......

    
    __disable_irq();	//关闭全局中断

    int tmp1,tmp2,tmp3;
    tmp1 = TIM1->CR1  | TIM_CR1_CEN;
    tmp2 = TIM3->CR1  | TIM_CR1_CEN;
    tmp3 = TIM14->CR1 | TIM_CR1_CEN;
	
    TIM1->CR1  = tmp1;
    TIM3->CR1  = tmp2;
    TIM14->CR1 = tmp3;

    __enable_irq();    //打开全局中断


    ......

测试一下A1、B1、C1的波形相位问题：

可以看出来A1和B1的相位差0.25u（因为我的逻辑分析仪的采样率是4MHz，最小分辨率0.25us，所以实际的大小可能是小于0.25us的），已经很小了，但是B1和C1没有相位差，因为B1和C1都是TIM3输出的PWM，肯定没有误差。可以猜测B1和C2差不多也误差0.25us以下，属于可接受范围了，可以使用PWM信号来控制电流大小。实在是缺示波器。

下面为了使得PWM信号派上用场，这里对三相波形的细分。三相驱动信号原图为：

我们将电流的瞬变改成渐变，如下图的紫色、蓝色、绿色三根：

为了提高驱动电流，将t0到t5这6个阶段拆分成t0_1、t0_2、t1_1、t1_2、t2_1、t2_2、t3_1、t3_2、t4_1、t4_2、t5_1、t5_2这12个阶段，每一个单独的阶段中只有一相信号处于渐变状态，其余两相处于满状态（占空比100%），这样就提高了总的电流和扭矩。下图为扩展后的波形图（PS零水平，手绘）：

12个阶段的A、B、C相的状态表也在上图中写出来了，根据这个状态表写每个阶段的程序即可：

void t0_1(void)
{
//	printf("A:0->1 B:-1 C:1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = MAX_PWM;
	
	*C1 = MAX_PWM;
	*C2 = 0;
	
	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*A1 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t0_2(void)
{
//	printf("A:1 B:-1 C:1->0\r\n");
	*A1 = MAX_PWM;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = MAX_PWM;
	
	*C1 = MAX_PWM;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*C1 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t1_1(void)
{
//	printf("A:1 B:-1 C:0->-1\r\n");
	*A1 = MAX_PWM;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = MAX_PWM;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*C2 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t1_2(void)
{
//	printf("A:1 B:-1->0 C:-1\r\n");
	*A1 = MAX_PWM;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = MAX_PWM;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = MAX_PWM;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*B2 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t2_1(void)
{
//	printf("A:1 B:0->1 C:-1\r\n");
	*A1 = MAX_PWM;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = MAX_PWM;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*B1 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t2_2(void)
{
//	printf("A:1->0 B:1 C:-1\r\n");
	*A1 = MAX_PWM;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = MAX_PWM;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = MAX_PWM;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*A1 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t3_1(void)
{
//	printf("A:0->-1 B:1 C:-1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = 0;
	
	*B1 = MAX_PWM;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = MAX_PWM;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*A2 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t3_2(void)
{
//	printf("A:-1 B:1 C:-1->0\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = MAX_PWM;
	
	*B1 = MAX_PWM;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = MAX_PWM;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*C2 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t4_1(void)
{
//	printf("A:-1 B:1 C:0->1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = MAX_PWM;
	
	*B1 = MAX_PWM;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = 0;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*C1 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t4_2(void)
{
//	printf("A:-1 B:1->0 C:1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = MAX_PWM;
	
	*B1 = MAX_PWM;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = MAX_PWM;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*B1 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t5_1(void)
{
//	printf("A:-1 B:0->-1 C:1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = MAX_PWM;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = 0;
	
	*C1 = MAX_PWM;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*B2 = i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

void t5_2(void)
{
//	printf("A:-1->0 B:-1 C:1\r\n");
	*A1 = 0;
	*A2 = MAX_PWM;
	
	*B1 = 0;
	*B2 = MAX_PWM;
	
	*C1 = MAX_PWM;
	*C2 = 0;

	int i;
	for(i=0;i<=MAX_PWM;i++)
	{
		*A2 = MAX_PWM - i;
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

主程序按顺序调用这12个函数：

	//设置所有桥臂为无输出。注意IO_X1和IO_X2信号不可以同时为高，
	//否则会导致桥臂短路，容易烧坏MOS管，同时在程序中最好先将为0的
	//信号先设置为0，然后再设置不为0的信号，这样可以避免短路。
	*A1 = 0;
	*A2 = 0;
	*B1 = 0;
	*B2 = 0;
	*C1 = 0;
	*C2 = 0;
	
	#define INTERVAL	10		//PWM上升下降间隔时间
	#define MAX_PWM		255		
	
	//处于t5状态，并维持一段时间，保证可靠处于t5状态
	printf("Ready\r\n");
	{	//t5:CB
		printf("t5:CB\r\n");
		*A1 = 0;
		*A2 = 0;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
	}
	delay_ms(200);
	
	while(1)
	{
		t0_1();//		printf("0_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t0_2();//		printf("0_2\r\n");		delay_ms(2000);
		t1_1();//		printf("1_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t1_2();//		printf("1_2\r\n");		delay_ms(2000);
		t2_1();//		printf("2_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t2_2();//		printf("2_2\r\n");		delay_ms(2000);
		t3_1();//		printf("3_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t3_2();//		printf("3_2\r\n");		delay_ms(2000);
		t4_1();//		printf("4_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t4_2();//		printf("4_2\r\n");		delay_ms(2000);
		t5_1();//		printf("5_1\r\n");		delay_ms(2000);
		t5_2();//		printf("5_2\r\n");		delay_ms(2000);
	}

这里的INTERVAL是上升延时，和上篇文章中的不是一个含义。调整INTERVAL的大小可以改变转速，程序运行的不错，电机比之前运行丝滑很多，和某巧克力一样。

程序可以停在12个阶段中的任意一个阶段中的任意一个状态，所以可以实现和步进电机一样的步进控制，调大INTERVAL到1000以以上就能看出电机慢慢的转动的现象了，但是不如步进电机，老是会有“突变”的现象，可能就是无刷电机结构问题导致的，因为无刷电机一开始就没这么用的......

再来改一下程序，如下：

void go_stage(int stage)
{
	if(stage == 0)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 1)
	{
		*A1 = MAX_PWM;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 2)
	{
		*A1 = MAX_PWM;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 3)
	{
		*A1 = MAX_PWM;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = MAX_PWM;
	}
	else if(stage == 4)
	{
		*A1 = MAX_PWM;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = MAX_PWM;
	}
	else if(stage == 5)
	{
		*A1 = MAX_PWM;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = MAX_PWM;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = MAX_PWM;
	}
	else if(stage == 6)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = 0;
		
		*B1 = MAX_PWM;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = MAX_PWM;
	}
	else if(stage == 7)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = MAX_PWM;
		
		*B1 = MAX_PWM;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = MAX_PWM;
	}
	else if(stage == 8)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = MAX_PWM;
		
		*B1 = MAX_PWM;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = 0;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 9)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = MAX_PWM;
		
		*B1 = MAX_PWM;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 10)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = MAX_PWM;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = 0;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
	}
	else if(stage == 11)
	{
		*A1 = 0;
		*A2 = MAX_PWM;
		
		*B1 = 0;
		*B2 = MAX_PWM;
		
		*C1 = MAX_PWM;
		*C2 = 0;
	}
}

void main(void)
{

    ......


	//设置所有桥臂为无输出。注意IO_X1和IO_X2信号不可以同时为高，
	//否则会导致桥臂短路，容易烧坏MOS管，同时在程序中最好先将为0的
	//信号先设置为0，然后再设置不为0的信号，这样可以避免短路。
	*A1 = 0;
	*A2 = 0;
	*B1 = 0;
	*B2 = 0;
	*C1 = 0;
	*C2 = 0;
	
	#define INTERVAL	10		//PWM上升下降间隔时间
	#define MAX_PWM		255		
	
	printf("Ready\r\n");
	stage = 0;
	go_stage(stage);
	delay_ms(200);
	
	direction = 0;	//控制转动方向
	stage = 0;		//当前阶段
	offset = 0;		//阶段中偏移
	while(1)
	{
		if(direction == 0)	//顺时针
		{
			offset++;
			if(offset == MAX_PWM + 1)	//换相
			{
				offset= 0;
				stage++;
				if(stage == 12)
					stage = 0;
				go_stage(stage);
			}
		}
		else
		{
			if(offset == 0)	//换相
			{
				offset= 255;
				if(stage == 0)
					stage = 11;
				else
					stage--;
				go_stage(stage);
			}
			else
				offset--;
		}
		
		switch(stage)
		{
			case 0	:*A1 = offset;				break;
			case 1	:*C1 = MAX_PWM - offset;	break;
			case 2	:*C2 = offset;				break;
			case 3	:*B2 = MAX_PWM - offset;	break;
			case 4	:*B1 = offset;				break;
			case 5	:*A1 = MAX_PWM - offset;	break;
			case 6	:*A2 = offset;				break;
			case 7	:*C2 = MAX_PWM - offset;	break;
			case 8	:*C1 = offset;				break;
			case 9	:*B1 = MAX_PWM - offset;	break;
			case 10	:*B2 = offset;				break;
			case 11	:*A2 = MAX_PWM - offset;	break;
		}
		delay_us(INTERVAL);
	}
}

通过调整direction和INTERVAL的值可以修改转动方向和转动速度，改变MAX_PWM可以调整电流大小。抓取一下波形看看6个通道的PWM信号的12个阶段，其中白色的部分是PWM信号：

以第一个阶段也就是程序里面的 t0_1 阶段为例，6个通道首先处于 t5:CB 的初始化状态，然后A1通道从0%到100%渐变，A2通道为0%，B1、B2、C1、C2分别为0%、100%、100%、0%，和我们设计的波形是一样的。

程序里面可以把PWM的细分数降低，我改成(10 - 1)（这里 -1 是为了当PWM取值10时占空比为100%，与具体单片机内部定时器的PWM实现机制相关），然后将分频数增加到500，因为没必要细分那么多级，MAX_PWM的取值范围为 0 到 10 ，这样INTERVAL的值也可以放大到 ms 级别，可以放在一个定时时间为INTERVAL的定时器中断中来处理电机的驱动，如果INTERVAL很小的话，会导致一直在定时器中断中出不来，示例程序：

    TIM1_PWM_Init(10 - 1,500);    //48M / 500 / 10 = 9.6KHz
    TIM3_PWM_Init(10 - 1,500);
    TIM14_PWM_Init(10 - 1,500);

    #define INTERVAL    1000		//PWM上升下降间隔时间
    #define MAX_PWM    10

然后我将电机驱动电压改成12V的电源，调整MAX_PWM的值分别测量电流大小，我测试使用电机在满PWM的时候能达到3A的电流，在50%的占空比的时候电流为0.4A左右。不通电机和供电电压需要匹配不同的INTERVAL和MAX_PWM的值才能转的好。

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转载自blog.csdn.net/tq384998430/article/details/104654808
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