В связи с развитием электроники, а вернее с уменьшением ее габаритов и увеличением вычислительных способностей ее компонентов, становится возможной разработка самых разнообразных систем управления двигателями постоянного тока. Чтобы исключить техническое обслуживание щеточно-коллекторного узла, все чаще в промышленности используются бесколлекторные двигатели. Они также имеют высокую надежность, приемлемый набор пусковых характеристик и довольно высокий КПД [1–6].
Единственная сложность, которая возникает в использовании данных электрических машин, это модуляция надлежащих вольт-амперных характеристик для управления магнитным полем бесколлекторного двигателя. Так же конструктивно бесколлекторные двигатели выполняются как с внутренним расположением ротора, так и с внешним его расположением. Что дает возможность проанализировать на уровне подбора двигателя, какие задачи для него более выполнимы. Для первого типа это большие обороты, а для второго – более сильный крутящий момент. Что же касается использования микроконтроллера для создания системы управления приводом, то встроенные в его схему таймеры, с расширенными возможностями, позволяют реализовать эту идею, не загружая при этом процессорную часть контроллера. Таймеры поддерживают режимы счета по возрастанию и по убыванию, а также центрированный режим генерации широтно-импульсной модуляции (далее ШИМ) и встроенную поддержку квадратурных
Режимы ШИМ таймеров микроконтроллера STM32:
1. Основной режим: режим с переключением при сбросе таймера или максимальном значении счетчика.
2. Режим ассиметричной ШИМ, т. е. ШИМ со смещением фазы.
3. Комбинированные режимы ШИМ: режимы, при которых выходные сигналы являются комбинацией разных выходных каналов.
4. Режим ШИМ с переменной частотой.
5. Режим ШИМ с поцикловым контролем скважности.
Теперь вернемся непосредственно к работе самого бесколлекторного двигателя. Эффективность движения ротора в данном исполнении машины определяет опережающее магнитное поле статора по отношению к магнитному полю ротора на величину в 90 градусов. Конечно, отставание всегда будет изменяться, как в зависимости от режимов работы двигателя, так и по причине собственной ЭДС якоря, поэтому осуществление функции контроля за соблюдением данного параметра является одной из основных задач системы управления двигателем. Другими словами, скорость вращения ротора будет постоянной при равенстве момента, развиваемого двигателем, и момента сопротивления на валу. График механической характеристики представлен на рис. 1.