深入探究 BLDC 与 PMSM 电机驱动：基于STM32F1 的实战分享

xoCxIDrpRmTZ

641人浏览 · 2026-03-02 09:30:00

xoCxIDrpRmTZ · 2026-03-02 09:30:00 发布

BLDC无刷直流电机和PMSM永磁同步电机可提供所有代码中所有算法的，每个代码都亲自验证过。基于STM32F1的有传感器和无传感驱动直流无刷电机有传感器和无传感驱动程序，无传感的实现是基于反电动势过零点实现的，有传感的霍尔实现。永磁同步电机有感无感程序，有感为霍尔FOC和编码器方式，无感为换滑模观测器方式。有原理图和文档，识货的赶紧，物超所值。提供里面所有代码，所有算法的。提供里面所有代码，所有算法的。

在电机驱动领域，BLDC（无刷直流电机）和 PMSM（永磁同步电机）一直是热门研究对象。今天就来跟大家聊聊基于STM32F1 的这两种电机的有传感器和无传感器驱动实现，还会附上亲自验证过的代码及相关分析哦。

BLDC 电机驱动

有传感器驱动（霍尔实现）

BLDC 有传感器驱动主要依靠霍尔传感器来获取电机转子位置信息。霍尔传感器会在电机转子转动过程中，按照特定的角度间隔输出信号，告知控制器转子的位置，从而实现精确换相。

下面是一段简单的基于STM32F1 的霍尔信号读取代码示例：

// 假设霍尔传感器连接到 GPIO 端口
// 初始化 GPIO 用于霍尔信号输入
void Hall_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE); // 使能对应 GPIO 时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2; // 假设霍尔信号连接到 PA0, PA1, PA2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入模式
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);
}

// 读取霍尔传感器状态
uint8_t Read_Hall_State(void) {
    uint8_t hall_state = 0;
    hall_state |= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_0) << 0;
    hall_state |= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_1) << 1;
    hall_state |= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_2) << 2;
    return hall_state;
}

这段代码首先初始化了用于读取霍尔信号的 GPIO 端口，设置为浮空输入模式。然后通过 ReadHallState 函数读取当前霍尔传感器的状态值，该值会反映出电机转子的位置信息，进而为电机换相提供依据。

无传感器驱动（反电动势过零点实现）

无传感器驱动实现的核心原理是基于反电动势过零点检测。在电机运转时，绕组会产生反电动势，通过检测反电动势过零点来确定换相时刻。

来看一段检测反电动势过零点的代码片段：

// 假设 ADC 用于采集反电动势信号
// 初始化 ADC
void ADC_Init(void) {
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx | RCC_APB2Periph_ADCx, ENABLE);

    // 配置 ADC 引脚为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; // 假设反电动势信号连接到 PA3
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);

    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);

    ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
}

// 读取 ADC 值（即反电动势采样值）
uint16_t Read_ADC(void) {
    ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_Channel_3, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
    while (ADC_GetFlagStatus(ADCx, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
    return ADC_GetConversionValue(ADCx);
}

这段代码初始化了 ADC 用于采集反电动势信号，将对应的 GPIO 引脚设置为模拟输入模式。Read_ADC 函数则负责读取 ADC 转换后的值，这个值就是反电动势的采样值，通过对这些采样值进行分析，判断过零点，就能实现无传感器驱动的换相控制。

PMSM 电机驱动

有感驱动

霍尔 FOC 方式

霍尔 FOC（磁场定向控制）是一种常用的有感驱动方式。通过霍尔传感器获取转子位置信息，结合 FOC 算法实现对电机的高性能控制。

以下是 FOC 算法中涉及到的坐标变换部分代码：

// Clarke 变换
void Clarke_Transform(float alpha, float beta, float u_a, float u_b) {
    alpha = u_a;
    beta = (sqrt(3) / 3) * (u_b - 0.5 * u_a);
}

// Park 变换
void Park_Transform(float d, float q, float alpha, float beta, float theta) {
    d = alpha * cos(theta) + beta * sin(theta);
    q = -alpha * sin(theta) + beta * cos(theta);
}

Clarke 变换将三相静止坐标系下的电压值转换到两相静止坐标系，Park 变换进一步将两相静止坐标系下的值转换到两相旋转坐标系，通过这些变换实现对电机磁场的定向控制，从而达到高效控制电机的目的。

编码器方式

利用编码器能够获取电机转子的精确位置和速度信息。编码器会输出脉冲信号，通过对脉冲的计数和频率测量，就可以得到电机的相关参数。

// 初始化编码器接口（假设使用定时器捕获功能）
void Encoder_TIM_Init(void) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIMx, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE);

    // 配置编码器信号输入引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5; // 假设编码器 A 相连接到 PA4, B 相连接到 PA5
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    TIM_ICInit(TIMx, &TIM_ICInitStructure);

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
    TIM_ICInit(TIMx, &TIM_ICInitStructure);

    TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
}

// 获取编码器计数值
int16_t Get_Encoder_Value(void) {
    return TIMx->CNT;
}

这段代码初始化了定时器用于捕获编码器的脉冲信号，配置了相关的 GPIO 引脚为浮空输入模式。GetEncoderValue 函数则返回当前编码器的计数值，通过对计数值的处理就能得到电机转子的位置和速度信息，为电机控制提供依据。

无感驱动（滑模观测器方式）

滑模观测器是 PMSM 无感驱动常用的方法。它通过观测电机的电流、电压等信息，构建滑模观测器来估计转子的位置和速度。

// 滑模观测器相关参数定义
float lambda = 0.1; // 滑模增益
float omega_est = 0; // 估计转速
float theta_est = 0; // 估计角度

// 滑模观测器算法
void Sliding_Mode_Observer(float u_a, float u_b, float i_a, float i_b) {
    float alpha, beta;
    Clarke_Transform(alpha, beta, u_a, u_b);

    float alpha_est, beta_est;
    alpha_est = alpha - lambda * sign(alpha);
    beta_est = beta - lambda * sign(beta);

    omega_est = (beta_est * alpha - alpha_est * beta) / (alpha_est * alpha_est + beta_est * beta_est);
    theta_est += omega_est * Ts; // Ts 为采样时间
}

在这段代码中，首先通过 Clarke 变换得到两相静止坐标系下的电压值，然后利用滑模控制原理对估计值进行修正，进而得到估计的转速和角度。通过不断迭代更新这些估计值，实现对电机转子位置和速度的准确估计，以达到无感驱动的目的。