【武汉理工大学校赛】直流电机控制系统 - 嘉立创EDA开源硬件平台

武汉理工大学电子设计竞赛二等奖 队伍成员：姜浩 王治华 轩艺博 指导老师：张家亮 参赛题目：直流电机控制系统 # 一、系统方案设计 12V直流稳压电源为升压电路和辅助电源供电，升压电路再为电机驱动供电，辅助电源为STM32F407、编码器和电流检测电路供电。电流检测电路和编码器测量电机的实时电流和速度，并将数据传到STM32F407单片机处理，单片机将这些数据与设定的目标数据进行比较计算，输出一定占空比的PWM波控制电机，使电机的速度达到目标速度，电流达到目标电流，实现对电机的闭环控制。系统整体框图如下图所示。  # 二、硬件设计 ## 1.升压电路设计 XL6019是一款同步升压转换器，工作输入电压在5V至40V之间，最大输出电流可达5A。该方案可为电机提供+15V动力电源，在满载情况下仍能保持高效率。 ## ## 2.电机驱动电路设计 由于该题需要对电机进行正反转控制，我们使用单片机通过PWM1，PWM2两引脚输出方波信号，改变PWM信号占空比实现速度调整，因此需要用到电机驱动电路，HIP4082可以同时控制四路mos管的通断，减少了使用原器件的数量，并且在内置施密特触发器，可以由单片机引脚直接驱动，能耗较小，效率较高，电路简单。  ## 3.电流检测电路设计 电流检测电路将电流信号转化为电压信号，并进行放大，再由单片机对这个电压信号进行采样，就能够计算得到电流，INA271电流检测放大器可在-16V至80V的共模电压范围内，在独立于电源电压的条件下检测电流检测电阻器上的压降，集成了匹配的电阻器增益网络，最大程度的降低了增益误差，并减少了温度漂移，该电路简单稳定可靠。  ## 4.辅助电源设计 为了满足题目要求，需要设计辅助电源，为单片机以及测量系统供电，这里我们使用包括TPS5450在内的多种DC-DC芯片来为其他电路提供5V以及3.3V的供电电压，并设有大量输入输出接口，大大减轻了后续调试难度。  # 三、软件设计 在电机控制系统中，单片机通过编码器和电流检测电路测量实时速度和电流，并将结果反馈到单片机，单片机将这些数据与设定的目标数据进行比较，计算PWM波占空比，并输出PWM控制电机达到目标速度和电流，实现对电机的闭环控制。