基于STM32开发板的永磁同步电机开环控制：使用Simulink代码生成工具

本文介绍使用Simulink代码生成功能在STM32开发板平台上运行永磁同步电机。

硬件基础：

Nucleo-G431RB开发板

X-NUCLEO-IHM07M1驱动扩展板

57BLDC-24V-210W时代超群直流电机

软件基础：

MATLAB 2022b 安装

STM32CubeMX 6.4

控制方法介绍：

本案例使用开环控制方法（也称为V/f控制）来运行永磁同步电机，这种方法通过改变钉子的电压和频率来控制转子速度，在这过程中不需要采用来自电机的任何反馈。该案例可以用来检查硬件是否连接完备。固定频率的供电电源保证电机速度恒定，改变电源频率可以调节转子运行速度。为了确保定子磁通量恒定，应该保证电源电压幅值正比于它的频率。该开环控制没有考虑影响电机速度的外部条件，因此它没办法自动校正输入速度与实际速度之间的偏差。

软件配置：

STM32CubeMX软件

核心芯片选择STM32G431RBTx，芯片引脚定义如下图所示，PA-P10为三相PWM信号，PA0、PC1为两相电流ADC输入信号。

PWM配置

TIM1被配置为生成更新事件，保证ADC与PWM同步，这种同步对于实时读取电流反馈信号非常重要。

ADC配置

ADC1对IN1、IN7选择Single-ended，两路信号使能Injected Coversions。

项目生成配置

所有外设设备基于底层驱动LL（取消HAL），函数初始化取消Do Not Generate Function Call和Visibility（Static）。

保存芯片配置文件xxx.ioc。

MATLAB软件

安装好Embedded Coder Support Package for STMicroelectronics STM32 Processors硬件支持包后本地会继承STM32平台的案例库。

在命令行输入：open_system('mcb_pmsm_foc_sensorless_nucleo_g474re.slx');

打开Simulink模板，然后Ctrl+E操作弹出硬件配置窗口，在STM32CubeMx项目文件选取上一步保存的.ioc文件。

配置模数转化器参数

本案例中的算法采用异步调度，脉宽调制（PWM）触发ADC转换，转换结束时，ADC发出一个中断，触发开环算法执行。

配置PWM输出

选择计数器启用后设置重复计数器参数，以在计时器的计数器溢出时更新事件。

操作步骤：

1. 将Nucleo-G431RB开发板与X-NUCLEO-IHM07M1板连接，Nucleo-G431RB开发板通过USB连接到PC端，X-NUCLEO-IHM07M1板上连好电机三相电线、24V直流电源；

2. 打开供电电源，在MATLAB的“Hardware”选项卡中，点机“Monitor&Tune”。在底部诊断查看器中可以看到正在生成模型代码，主机加载生成的可执行文件后，电路启动工作，可以看到开发板上呼吸灯闪烁；

3. 单机开发板上的蓝色按钮启动电机；注意：此示例可能不允许电机满负荷运行。开始低速运行电机。此外，建议分小步更改参考转速（例如，对于基本转速为 3000 rpm 的电机，以 500 rpm 的速度开始运行电机，然后以 200 rpm 的倍数增加或减少速度）。

如果电机不运行，按蓝色按钮停止电机，并更改模型中的转速常数。然后按蓝色按钮启动电机并再次运行。

附录 ADC偏移校准：

本案例可以为永磁同步电机矢量控制提供准备工作，在电机空转时，通过Simulink数据查看器观察ADC信号数据，该数据就是ADC的偏移量，可以在矢量控制中校准电流值。