基于STM32F103的深海远程电机控制系统
基于STM32F103的深海远程电机控制系统
针对这种情况设计了一种基于
STM32F103微控制器的远程永磁同步电机控制系统由于锂电池价格昂贵且需要不时的对其进行充电，严重影响了有效作业时间，所以，采用水上供电即远程控制的方式有很大的实际意义。另一方面，有刷直流电机因长时间侵泡在高压油中，加上深海作业环境的恶劣，电刷和换相器很容易损坏。而永磁同步电机利用电子换相代替了机械换相，不但具有直流电机的调速性能，而且体积小、效率高。
本设计的功率部分采用了FAIRCHILD公司的FSBB20CH60IPM模块，该功率智能模块集成的MOS管最大工作电压为600V，最大工作电流20A，具有很强的自我保护电路，并带有一路故障输出。采用功率模块不但减小了系统的体积，而且比采用功率管加驱动芯片的方案具有更强的可靠性。FSBB20CH60的三相电压输出U、V、W分别接PMSM的ABC相，Nu、Nv和Nw是三个半桥的下半桥输出，分别接电流采样电阻，阻值为15m#。现以U相为例说明电流的采样方法。如图5所示，Nu和N端分别接运放的正相端和反相端，由于相电流可能流入绕组也可能流出绕组，因此电压信号是有正有负，而STM32F103的ADC输入电压范围为0V到3.3V，故需要加偏置电压VOFFSET。电流的计算方法如式(7)所示。
为防止电机控制系统因高压击穿进而损坏数据耦合通信模块，在STM32F103微控制器和数据耦合通信模块之间采取了光耦隔离措施。光耦隔离RS232的原理图如图6所示。隔离芯片采用4N35，由于光耦器件的速度限制且所需传送的数据量较小，故RS232的通信速率设定为9600波特率。
STM32F103微控制器
ST公司的STM32F103控制器采用了ARM公司最新的CortexM3内核，哈佛结构上实现125DMIPS/MHz，3级流水线并带分支指令预测，采用Thumb2指令集，最高工作频率可达72MHz。STM32F103片上集成了一个高级定时器TIM1，能够输出六路互补带死区的PWM波，并且具有输入打断功能。当功率器件上出现过流时使用打断功能来关闭PWM输出，保护功率器件。电机控制软件流程图如图7所示。
本文使用意法半导体公司的最新ARMCortexM3微控制器STM32F103控制PMSM电机，STM32F103具有高速双AD、高级定时器等电机控制所必须的电路，且具有较高的工作频率。同时利用数据与能源混合传输技术，实现了既对深海动力设备供电又能进行远程控制，克服了使用锂电池供电的诸多弊病。
这种设备已经成功的应用在了我国科学考察船“大洋一号”上，实践证明，比传统的方法更具灵活高效，大大增加了科考作业时间，减少了设备维护次数，具有很好的应用前景。
