STM32G4入门与电机控制实战-基于X-CUBE-MCSDK的无刷直流电机与永磁同步电机控制实现 课件 第二章

第二章P-NUCLEO-IHM03STM32电机控制套件2024年6月26日NUCLEO-G431RB开发板1234X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板三相云台电机DC电源套件组成套件包括NUCLEO-G431RB开发板、X-NUCLEO-IHM16M1驱动板、云台直流无刷电机GBM2804H-100T、以及直流电源STSPIN830是一款紧凑型三相电机驱动器，适合磁场定向控制（FOC）方案图2-1P-NUCLEO-IHM03STM32电机控制套件组成NUCLEO-G431RB开发板011.1概述STM32G431RB是一款32位微控制器基于高性能Arm®Cortex®-M432位RISC内核其最高频率可达170MHz且带有浮点单元内嵌高级模拟外设集1.1概述NUCLEO-G431RB板通用功能如下：•采用LQFP64封装的STM32微控制器•与ARDUINO®共享的1个用户LED•1个用户按钮和1个复位按钮•32.768kHz的晶体振荡器•板连接器：ARDUINOUnoV3扩展连接器意法半导体的morpho延长引脚头，用于完全访问所有STM32I/O•灵活的电源选项：ST-LINK、USBVBUS或外部电源•具有USB重新枚举功能的板上STLINK-V3E调试器/编程器：大容量存储器、虚拟COM端口和调试端口•提供了全面的免费软件库和例程，可从STM32CubeMCU软件包获得•支持多种集成开发环境（IDE），包括IAREmbeddedWorkbench®、MDK-ARM，以及STM32CubeIDE•STM32CubeMCU软件包提供全面的自由软件库和例程图2-2NUCLEO-G431RB开发板实物图1.1概述NUCLEO-G431RB板特有功能如下：•外部SMPS生成Vcore逻辑电源•24MHzHSE（高速外部时钟信号）•板连接器：外部SMPS实验专用连接器Micro-AB或Mini-ABUSB连接器（用于ST-LINK）MIPI®调试连接器•兼容Arm®

MbedEnabled™图2-2NUCLEO-G431RB开发板实物图1.2NUCLEO-G431RB开发板硬件构成（1）硬件设计框图图2-3NUCLEO-G431RB开发板的硬件设计框图1.2NUCLEO-G431RB开发板硬件构成（2）元器件的布局图2-4正面元器件布局图2-5反面元器件布局1.2NUCLEO-G431RB开发板硬件构成（3）电源供应通过USB电缆连接到CN1的主机PC（默认设置）连接到CN7引脚24的外部7V-12V（VIN）电源连接到CN7引脚6的外部5V（E5V）电源一个连接到CN1的外部5VUSB充电器（5V_USB_CHGR）连接至CN7引脚16的外部3.3V电源（3V3）图2-6电源拓扑图1.2NUCLEO-G431RB开发板硬件构成（4）NUCLEO-G431RB开发板与Arduino的连接图2-7开发板的Arduino连接器示意图图2-8Arduino和STmorpho连接引脚图1.2NUCLEO-G431RB开发板硬件构成（5）NUCLEO-G431RB开发板IO口的分配表2-1开发板IO口分配X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板022.1概述

X-NUCLEO-IHM16M1是基于STSPIN830面向BLDC/PMSM电机的三相驱动板，为三相低电压低电流无刷直流电机提供电机控制方案，其规格参数和主要功能如下：•标称工作电压范围为：直流7V~45V•输出电流可达1.5A（有效值）•过流保护和互锁功能•过热保护和欠电压保护•反电动势（BEMF）感应电路•支持三电阻或单电阻电流采样检测•基于霍尔效应的传感器或编码器输入连接器•可用于调速的电位计•配有STmorpho连接器•可选择3个或6个PWM直接驱动输入进行驱动•可调节阈值的限流器•Bus电压和PCB温度的感应•待机模式2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成

图2-9X-NUCLEO-IHM16M1及STSPIN830的位置2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成图2-10STSPIN830功能框图图2-11X-NUCLEO-IHM16M1电机驱动器连接图2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成（2）X-NUCLEO-IHM16M1驱动板上的TSV994运算放大器，可将采样电阻上的电压进行放大和偏移到可采样的范围，并把得到的信号输入到MCU的ADC端口，完成了电流的采样。可以选择三电阻或单电阻的采样方式。TSV994原理图如图2-12所示，TSV994在X-NUCLEO-IHM16M1板的位置如图2-13所示。图2-12TSV994原理图图2-13TSV994在X-NUCLEO-IHM16M1板的位置2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成图2-14X-NUCLEO-IHM16M1电流检测、调节电路其电流检测、调节电路如图2-14所示。2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成

图2-15X-NUCLEO-IHM16M1传感器及其它相关电路图(a)温度传感电路(b)转速给定电路(c)母线电压检测电路(d)位置传感电路2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成（3）BEMF感应电路通过旋转电机的BEMF来进行位置估算。电机的BEMF与磁场和电机速度的乘积成正比，且电机位置是磁场的函数。借助BEMF可以知道和控制BLDCM的位置和速度。通过采集三相电压之后输入到观测器以实现位置检测。BEMF感应电路原理如图2-16所示，其中S1751-46RTP6、S1751-46RTP7、S1751-46RTP8是测试点。图2-16BEMF感应电路原理图2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成（4）与STM32Nucleo开发板相连

X-NUCLEO-IHM16M1驱动板上集成了Arduino和STmorpho连接器，因此可以与STM32Nucleo开发板相连并与其他的STM32Nucleo扩展板兼容。CN7、CN10这两个公引脚头在板子的两面都有突出，可以用来将X-NUCLEO-IHM16M1驱动板与NUCLEO-G431RB板相连。所有MCU的信号和电源脚位在STmorpho连接器上都有效，MCU的详细引脚分布如图2-17所示。跳线接口如图2-18所示。图2-17X-NUCLE-IHM16M1MCU引脚分布图2.2X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板硬件构成X-NUCLEO-IHM16M1驱动板跳线配置如表2-2所示，其中JP4和JP7必须同步配置，同时开时，为三电阻电流采样；同时关时，为单电阻电流采样。驱动板元件功能描述如表2-3所示。跳线相关配置默认状态J5FOC控制算法的选择关J6FOC控制算法的选择关J2HW限流的模式选择（在三分流模式下默认关闭）[2-3]关J3固定或可调整的限流临界值的选择（默认为固定的）[1-2]关JP4&JP7单分流/三分流架构选择（默认模式为三分流）开元件部位功能描述CN7,CN10STmorpho连接器CN5,CN6,CN9,CN8Arduino,Uno连接器U1STSPIN830驱动器U2TSV994IPT运算放大器J4电源插孔连接器CN1电机和供电插口J1霍尔编码器传感器连接口D1LED状态指示器表2-2X-NUCLEO-IHM16M1驱动板跳线表2-3X-NUCLEO-IHM16M1驱动板元件图2-18X-NUCLEO-IHM16M1驱动板跳线接口图三相云台电机03三相云台电机

三相云台电机GBM2804H-100T的外观如图2-19所示，电机结构与尺寸如图2-20所示。电机引出的三根接线分别对应于U、V、W相，使用时连接到X-NUCLEO-IHM16M1功率板CN1对应的U、V、W处。图2-19电机外观三相云台电机三相云台电机GBM2804H-100T的规格参数如下：•最大直流电压：14.8V•最高转速：