基於STM32單片機的直流電機調速電源設計
直流電機的套用廣泛，從控制技術角度來看，其是交流調速系統的基礎。在近年來的發展過程中，直流調速系統在理論和實踐上都逐漸成熟，套用範圍不斷擴大。但是，其還存在部分不足，直流調速系統仍然是自動調速系統的主要形式。在我國許多工業部門，如礦山採掘、軋鋼、金屬加工、紡織、海洋鑽探、造紙及高層建築等場合需要高性能、可控的電力拖動系統，此時仍廣泛採用直流調速系統。
系統總體設計
基於STM32F4的直流調速系統硬體電路以STM32F4開發板為控制核心，通過STM32F4程式輸出PWM波，進而控制驅動電路的輸出電壓幅度與極性，驅動電路輸出的+12V電壓驅動H橋電路導通，H橋電路輸出電壓驅動直流電機。此外，考慮到系統的穩定性，對輸出電壓進行最佳化處理，採用PID算法控制。系統如圖1所示。
圖1硬體電路設計
STM32單片機
採用的單片機是STM32F4，核心Cortex-M4是一種面向數位訊號處理（DSC）和高級微控制器（MCU）套用的高效方案，具有低功耗、簡單易用、低成本等特點。在運用時，其運算能力非常高，具有高效率的信號處理能力，且新加了浮點，DSP，並行計算，雙MAC等。ARM公司創造出這個類型的單片機，希望把Cortex-M4用於數位訊號控制市場，即既有微控制器的“控制”能力，又有DSP的“處理”能力，在電源管理、汽車、電機控制、嵌入式音頻和工業自動化等領域被廣泛套用。
H橋電路的設計
圖2電機調速原理就是在驅動電機轉動的基礎上，採用PWM調速和正反轉，變換器主電路採用MOSFET所構成的H型結構形式（見圖2），其是由四個功率管和四個續流二極體組成的雙極式PWM變換器，根據脈衝占空比的不同，在直流電機M上可得到正或負的直流電壓。電機M正轉時，經過PWM1和PWM4控制MOS管導通，反轉時，則是另外兩個。直流電機輸出電壓要求實現0～100V的調壓，可調整脈衝占空比達到要求。
光耦隔離和IIR2110驅動電路設計
光耦6N137工作時，能輸出一高一低的信號，6N137內經電流-電壓轉換後的信號送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經輸出三極體反向後光電隔離器輸出低電平。整個電路起到電氣隔離的作用。在與驅動電路同時工作時，需要光耦工作在一高一低的輸入狀態，使能端為高，此時輸出端也是一高一低。
IIR2110是一種高壓高速功率MOSFET驅動器，光耦工作時，輸出高低電平對其進行控制，其有獨立的高端和低端輸出驅動通道，正常工作時，高端輸出+12V，低端輸出-12V，此時一管導通，一管截止。兩個H橋電路每橋導通一個，升壓驅動電機的調速。
軟體設計
使用STM32的鍵盤模組，按鍵可以改變PWM的占空比，進而改變輸出電壓值，同時能通過液晶顯示屏顯示電壓值和轉速，軟體部分重點是調PWM的占空比，同時PID調整偏差能使電機速度穩定。軟體總體設計如圖3所示。
圖3PWM電壓輸出控制
PWM有硬體電路控制和軟體控制兩種，本系統採用軟體控制，通過調整占空比來實現電壓輸出，輸出高低電平控制驅動電路，從而控制管子的導通，實現電機驅動並調速。
速度控制算法
速度控制算法有多種，本方案選擇PID控制算法。面對實際情況，當不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，或我們不完全了解一個系統和被控對象時，可以選用PID控制技術。在實際情況中，系統被控對象的結構和參數通常得不到準確值，這時可以套用PID控制技術並依靠經驗和現場調試來確定我們需要的參數大小。PID控制器能對電壓進行控制，且比例環節減小偏差，積分環節消除靜差，微分環節減小調整時間。
檢測結果分析
電機型號選用東莞信濃馬達公司的一款DR-9538-721直流無刷電機，相關參數：直流電壓310V，功率50W，電流20A，轉速1430r/min。此時，PWM控制驅動輸出一高一低的電壓控制IGBT的導通，H橋端電壓為100V，從而能控制電壓從0～100V的變化，電機輸出的正負電壓控制電壓的正反轉，程式能通過按鍵控制正反轉、PWM占空比進行電壓及轉速調節。由圖可4知，此時電壓輸出為最大值100V，電機能實現正反轉，實驗結果達到預期效果。
圖4本系統實現了直流電機的調速問題，利用MATLAB軟體平台實現了相應效果，達到輸出電壓可控、參數示數液晶顯示、電壓輸出精度較高的效果。但在實際情況下，仍然存在較大問題，如電壓調整不是很精確，只是大致實現了相關功能。主要闡述當前正在使用和不斷發展的直流電機的主流調速方法——晶閘管電動機PWM調速系統，並具體說明了調速方法，對現實生活中的調速具有極大的意義。
