基于STM32F103的深海远程电机控制系统
目前，在我国的深海科学考察中，通常采用有刷直流电机作为动力来源，水下锂电池为其供电。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。永磁同步电机的转子采用永磁体，所以省去了励磁电路，因而具有更高的功率因素。近几年由于新型稀土永磁材料的大量开发和利用，使永磁同步电机的性能得到极大的提升，而我国又拥有丰富的稀土资源，相信永磁同步电机将会得到更广泛的应用。
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。
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。
DC/DC电源把同轴电缆上的1kV功率电压降为电机的300V工作电压并同时产生供FSBB20CH60功率模块使用的15V电压，该电压为其集成MOS管的门极驱动电平。电源管理模块则使用LM7805和LM1117，把15V电压进一步降低，产生供STM32F103微控制器及控制系统中其它器件使用的3.3V电压。
水上部分的电源采用高性能的稳压直流电源，以减少纹波干扰，输出电压为1kV。电机负载逐渐加大，实验数据如表1所示。其中Us、Is和Ps分别为稳压直流电源的输出电压、电流及功率，U1、I1和P1分别是DC/DC模块的输出电压、电流及功率。实验结果表明，从空载到接近额定功率范围内，STM32F103通过光耦隔离的RS232能够正常的接收上位机发送的起停、加速减速指令，电机运行良好，可见电机运行时不影响同轴电缆上的正常通信，符合设计要求。
