(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,陜西西安,710032)

PWM脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒速驅(qū)動(dòng)

田 華

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,陜西西安,710032)

現(xiàn)在許多單片機(jī)具有PWM脈寬調(diào)制功能，結(jié)合單片機(jī)的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，我們可以很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒速驅(qū)動(dòng)。本文以編碼器為反饋信號(hào)，構(gòu)成了電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的閉環(huán)系統(tǒng)。

PWM脈寬調(diào)制;單片機(jī);定時(shí)器;計(jì)數(shù)器;編碼器;閉環(huán)系統(tǒng)

0 引言

為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(diào)制功率放大器控制，這樣消耗功率小，精度高。

電機(jī)的恒速轉(zhuǎn)動(dòng)是使電機(jī)保持給定速度，且不受負(fù)載變化的影響。為此在恒速驅(qū)動(dòng)控制器內(nèi)部，設(shè)定值不斷的和實(shí)際值相比較。根據(jù)比較獲得的誤差調(diào)節(jié)恒速驅(qū)動(dòng)控制器的輸出，通過(guò)這種方式減小控制誤差。這是一種速度閉環(huán)控制。

1 系統(tǒng)工作原理

當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，脈沖發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖控制功率放大器，功率放大器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，和電機(jī)同軸的編碼器以脈沖信號(hào)反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單片機(jī)計(jì)數(shù)器在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)編碼器脈沖個(gè)數(shù)，和給定速度的值進(jìn)行比較，繼而調(diào)整脈沖發(fā)生器的脈寬，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。系統(tǒng)包含有：電機(jī)、編碼器、MCU微控單元、功率放大器。系統(tǒng)功能原理如下圖1：

圖1

2 編碼器

電機(jī)速度的反饋傳感器。電機(jī)速度的反饋一般有編碼器、直流測(cè)速機(jī)、IxR補(bǔ)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(gè)碼盤上只開(kāi)出了 3 條碼道，由內(nèi)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(kāi)有透光的縫隙，2 條碼道上相鄰的縫隙互相錯(cuò)開(kāi)半個(gè)縫寬，其展開(kāi)圖如圖（b）所示。第三條碼道只開(kāi)出一個(gè)縫隙，用來(lái)表示碼盤的零位。在碼盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光源經(jīng)過(guò)透光和不透光區(qū)域，相應(yīng)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(huì)有多少個(gè)脈沖輸出。將這些脈沖整形后，輸出的脈沖信號(hào)如圖（c）所示。

3 功率放大器

功率放大器脈采用脈寬調(diào)制放大輸出。控制器以極小的間隔(高頻率)控制電機(jī)開(kāi)與關(guān)，改變占空比，如果關(guān)脈沖的時(shí)間長(zhǎng)，電機(jī)會(huì)減小速度。起決定性作用的平均電壓與開(kāi)或關(guān)的時(shí)間有關(guān)。原理如下圖2所示：

4 MCU控制原理流程圖如下圖3

5 實(shí)現(xiàn)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)一周脈沖數(shù)：m；給定速度：50轉(zhuǎn)/分鐘；定時(shí)器定時(shí)：10ms；速度給定值(x)算法：x=m*50/6000

6 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)中電機(jī)的恒速轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)在許多價(jià)格便宜的單片機(jī)都具有PWM脈寬調(diào)制功能，我們用此功能實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的恒速驅(qū)動(dòng)，拓展了PWM脈寬調(diào)制功能的意義，體現(xiàn)了MCU單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域日益占據(jù)的重要地位，該設(shè)計(jì)具有一定的通用性，本文在電機(jī)控制方面亦譜寫了新的篇章。

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[4] 陳衛(wèi)兵.單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社,2010.

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