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PWM如何控制直流電機,脈沖寬度調制調速控制直流電機

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/3/31

智能車基礎可是控制電機呀!如何設置頻率,如何控制車的加速,減速,正反轉狀態~。是這篇文章要弄明白的


直流電機

直流電機 
對于普通的直流(有刷)電機,在其兩個電極上接上合適的直流電源后,電機就可以滿速轉動,電源反接后,電機就反向轉動。實際情況是我們要能控制電機的正反轉,停止等狀態以及電機的轉速。

直流有刷電機是內含電刷裝置的將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。區別于直流無刷電機,電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。

直流電機正反轉及停止狀態

當單片機輸出高電平時,電機得電,從而滿速運行;當單片機輸出低電平時,電機兩端沒有電壓,電機停止轉動。
那如何使電機兩端的電壓發生變化,進而控制電機的轉速呢?只要單片機輸出占空比可調的方波,即PWM信號即可控制電機兩端的電壓發生變化,從而實現電機轉速的控制。

直流電機啟停及轉向控制

VCC(1)→信號1→電機→信號2→GND(0),實現了電機的正轉。
GND(0)→信號1→電機→信號2→VCC(1),實現了電機的反轉。
GND(0)→電機→ GND(0),停轉
VCC(1)→電機→ VCC(1),停轉
阻值。≒WM占空比大,平均電壓大),轉的快
阻值大(PWM占空比小,平均電壓。,轉的慢

PS:0和1代表低電平和高電平,PWM后面詳細說明。

 

直流電機調速原理

可以通過改變電壓來控制電機速度

例如使用12V直流電機時候,給12V的電就滿速轉,給5V的電就是5/12的速度轉

只要單片機輸出占空比可調的方波,即PWM信號即可控制電機兩端的電壓發生變化,從而實現電機轉速的控制。

PWM輸出的信號可以看成電壓,而不是實際的電壓,要注意!

PWM

上面說了,我們會用PWM調速,那么PWM是啥。

PWM(Pulse Width Modulation)控制——脈沖寬度調制技術,通過對一系列脈沖的寬度進行調制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。其具有兩個很重要的參數:頻率和占空比。

頻率

就是周期的倒數,單位Hz(赫茲)

周期=1/頻率 100HZ就是10ms一個周期

如果設置的頻率為100Hz,就是說也就是說一個周期是10ms 那么一秒鐘就有 100次PWM周期

占空比

就是高電平在一個周期內所占的比例,單位 %(百分之)

直接看PWM方波的示意圖,會比較容易理解。
 
首先看周期和脈寬表示:
 

脈寬(時間):高電平時間
周期:一個脈沖信號的時間
(從幅度開始到下一個幅度前結束,高電平(脈寬)時間+低電平時間)
占空比和電壓的關系

 

在上圖中,頻率F的值為1/(T1 T2),占空比D的值為T1/(T1 T2)。通過改變單位時間內脈沖的個數可以實現調頻;通過改變占空比可以實現調壓

占空比越大,所得到的平均電壓也就越大,幅值也就越大;占空比越小,所得到的平均電壓也就越小,幅值也就越小。

上圖平均電壓我們可以轉化一下。即5V*20%+0V*80%=1V

如果是12V電機,占空比為30%,可以自行算平均電壓了哦12V*30%+0V*70%=3.6V

注意:是相當于電壓,實際還是信號

PWM對電機轉速的控制

通過以上原理就可以知道,只要改變PWM信號的占空比,就可以改變直流電機兩端的平均電壓,從而實現直流電機的調速。

對于直流電機來講,電機輸出端引腳是高電平電機就可以轉動,當輸出端高電平時,電機會轉動,但速度是一點一點提升的,在高電平突然轉向低電平時,電機由于電感有防止電流突變的作用是不會停止的,會保持這原有的轉速,以此往復,電機的轉速就是周期內輸出的平均電壓值,所以實質上我們調速是將電機處于一種,似停非停,似全速轉動又非全速轉動的狀態,那么在一個周期的平均速度就是我們占空比調出來的速度了。

在電機控制中,電壓越大,電機轉速越快,而通過PWM輸出不同的模擬電壓,便可以使電機達到不同的輸出轉速當然,在電機控制中,不同的電機都有其適應的頻率 頻率太低會導致運動不穩定,如果頻率剛好在人耳聽覺范圍,有時還會聽到呼嘯聲。

電機頻率在 6-16kHZ之間為好

電機轉數與頻率的關系

那我們在網上買的這種小型直流電機都給了轉速,可是我們和開發板聯合使用前要先設置頻率,這個頻率根據什么來設置呢?

比如我在某寶上看到的電機信息如下
 

我現在選擇12V 300轉的電機,我頻率要怎么設置。(這里為理論,后續要自己做調整。)

有公式哦-

電機轉速與頻率公式:n=60f/p
n——電機轉速
60——每分鐘(秒)
f——電源頻率
p——極對數(我們用在創客中的這種小馬達默認為1也就是3000)

轉換一下就可以通過轉速求我們應設置的頻率了

 f=np/60
我們之前選的300轉,可以求我們應設置的頻率了
f=300*3000/60
f=900000/60
f=15000Hz

注意:以上都為理論值,實際情況可能會很復雜,比如電壓(這里是按照給的電壓來算的,實際可能提供不了這么高的電壓。),使用的驅動芯片之類的。這里只是做一個參考,因為實戰發現,按需調整頻率是個細活!——頻率太高電機可能反應不過來,低了又驅動不起來。謹以此參考,后續需要朋友們慢慢去調試。!

Tags:直流電機,馬達,轉速調節  
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