基于STM32的直流电机PID调速系统设计与实现

直流调速系统广泛应用于低转速、高精度等各领域，如精密办公设备（喷墨打印机、激光打印机），自动售货机，家用电器、机器人和玩具设备等。其发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。顺应调速系统智能化、简单化的发展趋势，本设计采用一款性价比高、功耗低的基于ARMCortex⁃M3内核的STM32单片机为控制核心，结合PID控制技术，实现了直流电机范围大、精度高的调速性能。

1、系统的总体设计

该调速系统能够实现对电机的启动、制动、正反转调速、测速和数据上传等功能，可方便地实现直流电机的四象限运行。本系统的性能指标为：调速精度高达到1r/min；调速稳态误差不超过0.5%；调速范围为-500~500r/min；串口指令控制方式；驱动电路导通阻抗低，能耗少；运行稳定可靠。系统由电源、上位机、通信接口、控制电路、电机驱动电路、电机与负载和测速装置等模块组成，结构框图如图1所示。

图1  系统结构框图

2、硬件设计

2.1、控制电路设计

控制电路负责接收控制指令，并产生相应的控制信号，同时返回电机速度数据和电机运行状态数据等。为了保证电路工作稳定可靠，控制电路应具有较高的运行速度、高度可靠的稳定性能、开发容易、高性价比，产生的PWM控制信号应具有死区延时、互补输出、紧急刹车等功能。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex⁃M3内核，本系统采用STM32F103作为核心控制器。控制电路以STM32F103为核心的最小系统包括STM32主芯片、时钟电路、复位电路、UART⁃USB转换电路、JTAG调试接口电路、电源等，其原理图如图2所示。

图2  以STM32F103为核心的控制电路原理图