本文探讨了标准的基于ARM的微控制器如何在长期以来被DSP和FPGA垄断的市场中分解复杂的控制模式。动机控制;速度调节;永磁同步电机; Cortex-M3让我们从发动机控制的基础知识开始。什么处理器在发动机控制系统中非常重要？为什么我们需要非常好的计算性能？毕竟，尼古拉斯特斯拉一个世纪前不需要编译器来发明交流电机。要需要调速，就不能避免使用变频器来驱动良好的三相电机。磁同步电动机（PMSM）的控制与逆变器是不可分离的。
种复杂的电力电子系统的核心是直流电。于交流通信的三相逆变器，其中微控制器作为管理器在所有数字模式下执行普通的三位一体控制功能：检测（电流，速度，角度……），处理（算法，维护。..），控制电源开关（最低配置也至少有6个开关）。用标量控制是使用三相电机实现变速操作的最简单方法。量控制的原理是保持频率和施加到电动机的电压之间的恒定关系。于入门级驱动器，这是一种广泛使用的控制方法，适用于负载特性非常普遍且控制带宽要求低的应用（如泵和非常低功率的风扇）。幸的是，并非所有应用程序都能容忍这种简单的控制过程及其局限性。别是，恒温阀芯标量控制并不能保证瞬态环境中的最佳电机性能（扭矩，能效）。了克服这些限制，已经开发了其他电机控制方法，磁场定向控制（也称为矢量控制）是最广泛使用的方法之一。
控制方法使用两个去耦DC控制器来驱动任何类型的AC电动机（感应电动机或永磁电动机），以驱动单独的现场电动机，而不管工作频率如何（例如，速度）。）。磁电流与所述直流电流的主磁通（在电动机PMSM磁铁的磁通），和相电流90可以控制扭矩，这相当于的电枢电流直流电机。着负载的变化，磁场定向控制模式提供精确的速度控制，响应速度快，使定子磁通和转子流量保持90％的完美相位差。°。使在瞬态工作环境中，也可以保证优化的能效。是基于发动机拓扑标记的更复杂控制方法的基本理论框架，尤其是PMSM发动机，这是无传感器电机驱动的基础，可以显着降低成本。（不需要速度或角度传感器）和相关接线），同时提高发动机可靠性。这种情况下，必须仅使用电动机的数学模型，电流值和电压值通过计算来估计转子的角位置。最小分钟旋转只有几百转的情况下，状态观测器的这种理论（在其他控制方法中）可以实现无传感器速度调节：在某些情况下，最小的分钟旋转是静止的。是，这是CPU上的额外实时负载。后，微控制器必须不断地以1k至20kHz的速度重新计算矢量控制算法。Parke和Clarke转换的具体处理以及多个PID控制器和锁相软件循环的实现需要高数值计算，这就是之前使用DSP，微处理器或FGPA设备的原因。因尽管专用双模控制器和低端定点DSP架构的出现，意法半导体已选择使用Cortex-M3内核开发STM32微控制器。
解决方案完全适应大量无刷电机的需求。独特的工程成本而言，优势在于使用标准ARM内核和微控制器的成本效益。32位RISC基于哈佛架构，使用Thumb2指令集提供16位和32位指令。纯32位代码相比，该指令集可以显着提高代码密度，同时保留原始ARM7指令集的大部分优势（此外，优化的乘法和累加运算，以及材料分部说明）。动机控制系统要求微控制器具有出色的实时响应能力（短延迟），纯处理能力（例如一个周期的乘法）和卓越的控制性能（处理非顺序工作流程时）和条件分支指令）。Cortex-M3满足所有这些要求。如，当时钟频率为72 MHz时，在永磁电机上以25μs执行无传感器磁场定向控制，这相当于一次CPU负载的25％。样率为10 kHz。微控制器STM32，心脏与优化的闪存接口意法半导体密切合作，仅需要加入少量的外部元件，和外围设备可以管理外部事件（图2示出微控制器STM32P103的结构）。意图）。无疑问，PWM定时器和模数转换器是最重要的组件。PWM定时器包括最先进的功能，如对齐模式PWM信号生成和死区时间插入逻辑，特别强调安全性：模块直接控制电源开关切换和电源可控开关达到几千瓦。如，可以锁定用于配置某些重要参数的注册表代码，以防止软件故障。要降低“紧急停止”引脚，所有I / O引脚都处于可由用户配置的安全状态。功能采用组合逻辑模块设计，可确保在主时钟（晶振）发生故障和内部切换到备用振荡器时保护电路始终正常工作。后，微控制器还包括第四比较通道，专用于触发模数转换器以获得电流测量的最佳精度。使是最复杂的算法也难以校正不准确的模拟测量，但在某种程度上，电机驱动系统的整体性能取决于模数转换器的质量。STM32F103具有三个12位A / D转换器，采样速率为1 Mbit / s，未调整的总误差（TUE）小于5 LSB的温度和电压。数转换器的数字接口有三个主要功能：第一，将CPU从简单的控制任务和数据处理中解放出来。接芯片的其余部分（中断请求，DMA请求，触发输入），最后同步STM32多路复用器。无刷电机控制的这些有用功能中，首先考虑通道序列器。较传统的扫描电路（根据模拟输入序列号转换一个信道数目），16个信道的转换序列（例如：CH 3，CH 3，CH0和CH11），定序器可以按任何顺序排列。为转换通道，此功能为设计人员在设计印刷电路板时提供了更大的设计灵活性。
于中等转换要求，允许相同通道的多个样本（按顺序），当序列转换完成后，DMA将转换结果发送到RAM，中断处理程序生成请求。断。检测到电机的相电流时，电源开关上的瞬态电压产生的噪声（在离线开关应用中通常为几百v /μs）是读取错误的重要原因，可以产生测量结果。噪比非常低。决的办法是与同步控制所述功率级中的计时器的模拟 – 数字转换器：由于切换定时可以是预定的，可使用信道的进一步比较（由比较计时器3 PWM的寄存器定义的）在切换之前或稍微切换之前。发模数转换后。于这个原因。STM32激活第二个定序器（也称为注入定序器），它具有比正常定序器更高的优先级，并且可以通过无法延迟的新转换操作中断当前转换操作。常，正常的定序器是负责转换“内部管理”，连续地检测的温度或所述DC总线的电压（在背景中），然后将其发送到经由所述DMA通道的RAM，而定序器注入管理关键时间转换操作。换结果存储在模数转换器寄存器中（将产生中断，但不能接受延迟）。于可以执行高级引擎控制功能的通用微控制器而言，拥有微控制器是一回事并且轻松启动是另一回事。以使用硬件和软件工具解决此问题的两个方面。一个是开发发动机控制的启动工具，之后意法半导体为STM32客户提供免费的发动机控制软件库。机控制软件库2.0版支持使用头文件中简单且廉价的#define声明列表进行各种配置。软件库包含用于交流感应电机和同步电机的磁场定向控制算法。了简化代码可读性和可维护性，这些算法使用编程语言c来证明现代编译器的有效性。软件库还为PMSM引擎提供了强大的无传感器（基于磁通观测器）控制算法，以及专用的高速内磁电机（IPM）专用控制算法。ST的主要当前发展是无传感器永磁电机控制，它控制电机直到静止，双电机控制集成功率因数校正。近，意法半导体展示了一种独特的电流检测方法：单个STM32微控制器可以执行两个电流检测矢量控制功能，并通过40 kHz控制环路管理PFC级（见图1）。STM32微控制器产品线将继续在四个新方向上部署，如图3所示。中两条指令适用于发动机控制。一批产品将面向低成本市场，并开发低端16位引擎控制微控制器。一个产品系列需要高性能。用于要求更高处理性能，更大存储容量和高带宽接口的应用。
一广泛的产品组合与Cortex-M3内核相结合，必须为当前和未来的电机驱动器建立STM32架构的多功能性。
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