用MCU驱动电机，调速到10万转，没注意这些细节，差点翻车！

工程师进阶笔记 · 发表于 2024-12-5 12:02:00

一、无刷电机调速控制是电机控制的基本要求。

常见的控制方式无外乎几种：电位器（AD）调速、PWM调速、分段速度调速（或给定速度调速）。

kwvp3zdz0ei64066782124.png

我的一本书，比较经典用心，推荐学习文末扫码进群获取
最近在调高速无刷电机无级调速时遇到一些问题，结合自己近20年的电机驱动开发经验，分享一些问题和心得。
我最近开发的这个应用，MCU选用了CW32L010，采用AD比较过零点，无感控制BLDC方式，AD转换速率最快为2M。
即每一个数据点采样时间为0.5US。一个PWM周期按5路AD转换需求来算，一个周期内，AD转换时间约为2.5US。
二、当使用AD电位器调速时可能存在的问题：
使用AD电位器调速时，调速精度最高计算方法：100000/4096=24.4RPM（以CW32L010为12位AD计算）。
即每个AD转换精度位，可调转速精度最高为24.4RPM。若存在2个AD转换位误差时，转速变化将为50RPM左右。
实际控制中，由于硬件上地线干扰等引起的AD输入的干扰，会引起更多不确定的AD转换位误差，所以在没有做软件AD滤波的时候，无极调速很难将速度控制在一个理想值。
因此，在使用电位器无极调速时，发生ADC采集到的给定的电压值存在浮动（或开环占空比浮动），容易引起电机输出速度的浮动。
反映在高转速电机上，如暴力风扇、高速风机、可以听到电机因为转速不恒定而产生不均匀的噪音。就像末日刮风胡乱吹一样。
几乎所有涉及到高速电机的产品，很少有用无极调速的方式，更多的是使用分段给定速度的方法，也就是换挡调速。
但有时客户有应用需求，也有简单的方法可以解决，也就是在AD转换上加一道滤波算法，将AD采集的干扰滤除。
这样会使调速精度降低，从而略微影响电机调速时转速变化的平滑度。
三、当使用PWM调速时可能存在的问题：
教科书的PWM调速，是让MCU对PWM进行输入捕获，但在实际使用中仍会有很多问题。
比如这个PWM占空比的识别，存在非常占用中断资源和定时器时钟资源的问题，这给MCU的运算处理增加了很多负担，PWM输入频率越低，MCU负担越轻。
同时，外部的干扰有时会导致定时器精度受限，也会出现无法准确识别100%占空比的情况（这种可以将99%占空比认定为100%）
在很多普遍的应用中，都是在硬件的PWM输入处增加一个RC滤波器，将PWM值转换成AD模拟值，有时为了提升转换的线性度，也会使用运放设计一个跟随器电路，增大RC输入的内阻。此时PWM输入频率越高越好。
但这种方式也有点小问题，在不标定的情况下，无法准确确定PWM转AD的线性的对应关系。
如果回到PWM输入捕获，在使用PWM频率为10K时，我们不使用输入捕获功能，而是改为IO边沿中断，减轻MCU运算负担，PWM引起的IO中断频率将为20K(需要捕获2次边沿中断)，即50US。
此时，电机驱动器相当于一个开环执行器，在一些控制应用中，可以通过外部增加如压力、温度、速度等闭环控制。
四、使用分段速度给定可能存在的问题：
分段速度最易理解。在这里指不做无级调速，固定几个速度值，或三档或五档或十档，进行切换调整。该方法可以通过按键切换速度档位，或以通讯控制给定确定不变的速度值。
很多新人工程师想当然的去做时，却会发现在这种方式下，由于速度调整变化，在不同档位之间切换时会有不连续的感觉。
以风机、泵类驱动最为明显，也以降档（降速）控制最为明显，只需要平缓降（升）速即可解决。
不合理的调速策略，可能会带来产品噪音及运行稳定性的问题，虽然调速是电机控制的基本内容，但在产品及工程应用时，需要考虑很多细节因素。
而对于很多经验不足的工程师，在排查开发问题时，往往不会关注到他们的调速策略是否合理，导致项目无法顺利完成。
以上都是结合自己的开发经验浅谈一下，欢迎批评建议和讨论。
五、写在最后：
电机控制应用是一个综合性很强的技术，如果您对此感兴趣，可以参加CW32生态社区举办的免费的电机控制应用专题培训直播，
我也会在直播间给大家
分享干货知识~解答开发疑虑~各种奖品福利~
记得扫码报名，进群领取电机控制资料！
* [# c# [2 U/ e$ P3 z p! g

vshciehbuvp64066782224.png

首场培训直播时间为12月6号周五晚8点
（第二场直播时间报名后烦请耐心等候公告）