PWM脈寬調制實現電機的恒速驅動

(西安職業技術學院機電工程系,陜西西安,710032)

PWM脈寬調制實現電機的恒速驅動

田 華

(西安職業技術學院機電工程系,陜西西安,710032)

現在許多單片機具有PWM脈寬調制功能，結合單片機的定時器、計數器，我們可以很方便的實現電機的恒速驅動。本文以編碼器為反饋信號，構成了電機恒速轉動的閉環系統。

PWM脈寬調制;單片機;定時器;計數器;編碼器;閉環系統

0 引言

為了實現電機的恒速轉動，我們不用消耗功率大的線性功率放大器控制，而采用PWM脈寬調制功率放大器控制，這樣消耗功率小，精度高。

電機的恒速轉動是使電機保持給定速度，且不受負載變化的影響。為此在恒速驅動控制器內部，設定值不斷的和實際值相比較。根據比較獲得的誤差調節恒速驅動控制器的輸出，通過這種方式減小控制誤差。這是一種速度閉環控制。

1 系統工作原理

當啟動電機后，脈沖發生器會產生高頻脈沖控制功率放大器，功率放大器驅動電機的轉動，和電機同軸的編碼器以脈沖信號反饋電機的轉速，單片機計數器在單位時間內計數編碼器脈沖個數，和給定速度的值進行比較，繼而調整脈沖發生器的脈寬，從而達到對電機轉速的控制。系統包含有：電機、編碼器、MCU微控單元、功率放大器。系統功能原理如下圖1：

圖1

2 編碼器

電機速度的反饋傳感器。電機速度的反饋一般有編碼器、直流測速機、IxR補償、霍爾傳感器，我們采樣編碼器反饋方式。雙通道增量式編碼器是在一個碼盤上只開出了 3 條碼道，由內向外分別是 A、B、C，如圖（a）所示。在 A、B 碼道的碼盤上，等距離的開有透光的縫隙，2 條碼道上相鄰的縫隙互相錯開半個縫寬，其展開圖如圖（b）所示。第三條碼道只開出一個縫隙，用來表示碼盤的零位。在碼盤的兩側分別安裝光源和光敏元件，當碼盤轉動時，光源經過透光和不透光區域，相應地，每條碼道將有一系列脈沖從光敏元件輸出。碼道上有多少縫隙，就會有多少個脈沖輸出。將這些脈沖整形后，輸出的脈沖信號如圖（c）所示。

3 功率放大器

功率放大器脈采用脈寬調制放大輸出。控制器以極小的間隔(高頻率)控制電機開與關，改變占空比，如果關脈沖的時間長，電機會減小速度。起決定性作用的平均電壓與開或關的時間有關。原理如下圖2所示：

4 MCU控制原理流程圖如下圖3

5 實現恒速轉動的主要算法

下面是速度給定值算法確定的例子：編碼器旋轉一周脈沖數：m；給定速度：50轉/分鐘；定時器定時：10ms；速度給定值(x)算法：x=m*50/6000

6 結束語

工業中電機的恒速轉動應用非常廣泛，現在許多價格便宜的單片機都具有PWM脈寬調制功能，我們用此功能實現了電機的恒速驅動，拓展了PWM脈寬調制功能的意義，體現了MCU單片機在工業控制領域日益占據的重要地位，該設計具有一定的通用性，本文在電機控制方面亦譜寫了新的篇章。

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The Driver of Constant Speed Motor Based on PWM Pulse Width Modulation

Tian Hua
(Department of the Electrical and Mechanical Engineering, Xi’an College of career and technology, Xi’an 710032 ,China)

Now many Single Chip Microcomputer with PWM pulse width modulation,combined with Single Chip Microcomputer timer and counter,we can easily achieve the constant speed drive motor.In this paper,encoder acts as feedback signal,constitutes a constant speed motor rotating closed-loop system.

PWM(pulse-width modulation;Single Chip Microcomputer;timers;counters;encoder;closed-loop system

圖2

圖3