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基于STM32F103的直流电机调速系统⼀、引⾔
电动机作为当前最主要的驱动部件，应⽤范围已遍及国民经济的各个领域，随着微处理器、电⼒电⼦、控制等技术的发展，电机控制技术以电⼒半导体变流器件的应⽤为基础，以电动机为控制对象，以⾃动控制理论为指导，以电⼦技术和微处理器技术以及计算机辅助技术为⼿段，结合检测技术和数据通信技术相结合，实现数字化回路的电机控制成为可能。直流电动机以其调速性能好、起动转矩⼤等优点，在相当长的⼀段时间内，在电动机调速领域占据着很重要的位置。
电机控制的主控芯⽚采⽤意法半导体公司⽣产的32位微控制器STM32F103C8T6，该芯⽚是基于ARM Cortex-M3核⼼的带64K字节闪存的微控制器，其⼯作频率最⾼可达到72MHz，性能⾼，功耗低。该型器件包含2个12位的模数转换器，1μs转换时间，多达16路转换通道；3个16位通⽤定时器和1个16位带死区控制和紧急刹车，可输出互补PWM波的⾼级定时器；具有多达9个通信接⼝，包括USART接⼝、I2C接⼝、SPI接⼝、CAN接⼝和USB2.0全速接⼝等外设接⼝，满⾜电机控制的功能需求。
1.总体⽅案构思，设计基于STM32的直流电机调速系统总体结构。
2.针对所要求的设计内容进⾏具体的原理设计，包括 STM32 最⼩系统、驱动电路、显⽰、总线接⼝（485）等电路设计。
3.基于MATLAB的控制系统直流调速系统仿真。
4.速度控制性能调试（速度控制器采⽤⽐例、⽐例积分），并分析速度控制响 应曲线。
5.画出原理图，写出设计说明书。撰写运动控制系统综合课程设计报告
三、设计⽅案
3.1系统结构框图
参考系统框图如图 1 所⽰，主要包含电源模块、微处理器 STM32 最⼩系统、通信模块、编码器、电机驱动、电机等部分组成。
采⽤STM32为系统控制核⼼，STM32产⽣PWM脉冲控制电机驱动模块，进⽽控制电机，同时STM32检测编码器信号，实现电机速度和⾓度的检测，提供反馈信号。
3.2电压模块
FOSY微处理器等相关器件⼯作电压为3.3V，需要选⽤芯⽚AMS1117-3.3构成稳压电路，详细设计资料查阅器件⼿册。
分词技术3.3 电源模块
PWR是电源插座，1脚对应实物的尾部有孔的那个脚，也就是VCC，其余两脚为接地脚，需要给VCC加⼀个接地的滤波电容。
3.3 STM32微处理器设计
STM32最⼩系统如图3所⽰。查阅⼿册进⾏STM32最⼩系统连接。（主要包括系统复位、电源、程序
下载、晶振电路启动模式选择等）查阅⼿册确定使⽤定时器产⽣脉宽调制（PWM）信号连线并与设计对应管脚与驱动电路的控制端相连。查阅⼿册确定编码接⼝使⽤哪⼀路定时器，设计对应管脚与编码器输出相连。
3.4 驱动电路设计
项⽬训练实物驱动采⽤集成采⽤集成电机驱动芯⽚ TB6612。该芯⽚主要是由两组四个⼤功率晶体管组成的H桥电路构成，采⽤其中⼀个H 桥即可。四个晶体管分 为两组，交替导通和截⽌，⽤ STM32 控制 MOS 管使之⼯作在开关状态，通过调整控制逻辑输⼊脉冲的占空⽐，调整电动机转速。
四、MATLAB仿真
电机速度控制系统仿真采⽤MATLAB课程相关内容，利⽤MATLAB/Simulink可视化仿真⼯具， 按如下步骤完成仿真：
4.1电机传递函数
通过查阅运动控制系统课程和⾃动控制系统课程相关章节，复习直流电机模型的传递函数，依据电机基本参数值，通过计算确定各参数值。
4.2仿真模型建⽴
参考运动控制书本直流电机MATLAB模型，建⽴仿真模型。
4.3调试过程
通过不断更改PI调节的参数，选取符合设计要求的Kp、Ki，调节系统的快速性，准确性和超调量等参数。
速性，准确性和超调量等参数。垃圾焚烧
Kp=0.09,Ki= 0.14时，系统调节时间2S，并且趋于稳定。超调量14.4%满⾜设计要求。
五、软件设计
设计要求：
1) 电源电压：5V
2) 速度阶跃响应超调量：10—15％
单人飞行器3) 开关频率：16K
4) 速度回路采样周期：140Hz
1.总体思路
使⽤TIM3(设计要求16KHz)作为PWM波发⽣器，TIM2捕获编码器脉冲数，并经过计算转换为速度，在TIM4(140Hz)中对电机转速进⾏⼀阶滞后动态调整滤波，然后经过PI调解更新TIM3中cnt寄存器值改变占空⽐从⽽形成单闭环控制，实现电机转速控制。
电机的闭环控制指作为被控的输出以⼀定⽅式返回到作为控制的输⼊端，并对输⼊端施加控制影响的
⼀种控制关系。在控制论中，闭环通常指输出端通过“旁链”⽅式回馈到输⼊，所谓闭环控制。输出端回馈到输⼊端并参与对输出端再控制，这才是闭环控制的⽬的，这种⽬的是通过反馈来实现的。
当受控客体受⼲扰的影响，其实现状态与期望状态出现偏差时，控制主体将根据这种偏差发出新的指令，以纠正偏差，抵消⼲扰的作⽤。在闭环控制中，由于控制主体能根据反馈信息发现和纠正受控客体运⾏的偏差，所以有较强的抗⼲扰能⼒，能进⾏有效的控制，从⽽保证预定⽬标的实现。
3.主程序模块
4.PWM发⽣模块
使⽤TIM3的PWM输出功能。
PWM 信号的频率的计算公式为： F = TIM_CLK/arr*psc， 其中 TIM_CLK 为TIM3的系统时钟为72MHZ ，任务要求开关频率为
16KHz，则设arr = 900, psc = 5。PWM的占空⽐为TIM_Pulse/TIM_Period，占空⽐初始设为5000，
由PI调节器将其更新。
5.编码器脉冲捕获模块
TIM_EncoderInterfaceConfig函数将TIM2配置为编码器输⼊模式，TIM2 -> CNT返回编码器脉冲数。
配置编码器模式：
光固化打印编码器脉冲输出函数，只⽤到了第⼀路信号TIM2->CNT，取出脉冲值后，将cnt寄存器值置位65536/2，即表⽰电机正反转脉冲数中间值，定时器模式为上下计数模式，可以判断电机正转还是反转；
6.TIM4模块
在TIM4中断中进⾏滤波以及PI调节。要求速度回路采样频率为140Hz，TIM4⽤来计时psc=7200，每0.1ms,cnt加⼀次，设定tim4采样周期为140hz，计算得每7.1ms采样⼀次设置 arr = 71，采样后进⾏分时滤波和PI调节。
TIM4配置：
TIM4中断服务函数：
Read_Encoder函数输出的是编码器脉冲数，将编码器脉冲数*242得到电机的转速，单位为rad/min，若不滤波，得到的转速波形杂波较多，所以采⽤⼀阶滤波软件滤波法，但滤波系数会对平滑度和调节时间产⽣影响，所以基于⼀阶RC数字滤波的基础上采⽤动态调整滤波⽅法；
7.⼀阶RC数字滤波的基本算法
