PWM直流電機 目前 ,在直流電機控制系統(tǒng)中 ,普遍采用以單片機或 DSP 作為微處理器的控制系統(tǒng) , 由于單片機或DSP 控制電機占用端口資源多 、所需周邊元器件也較多 ,對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有較大影響 。可編程控制器作為一種工業(yè)控制裝置 , 以抗干擾能力強和可靠性高而著稱 , 隨著可編程控制器的迅速發(fā)展 ,其性價比也在不斷提高。 直流電機伺服驅(qū)動器的主電結(jié)構(gòu)通常采用H橋，調(diào)速大都通過PWM方式，其調(diào)制方式大致有雙極式、單極式和受限單極式三種。不同的PWM方式下電機的運行特性以及主電回路的開關(guān)損耗和安全性各有不同。無刷直流電機(BrushlessDCMotor，BLDCM)通常采用三相全橋主電路結(jié)構(gòu)，以三相六狀態(tài)方波控制運行，任一狀態(tài)下有兩只開關(guān)管受PWM控制，其PWM調(diào)制方式和直流電機的H橋PWM調(diào)制很類似，都是同時兩只橋臂受控。直流電機調(diào)速PWM方式選擇要依據(jù)技術(shù)指標要求。通常直流伺服控制系統(tǒng)大多采用雙極控制，可以保證電機電流的連續(xù)性等要求，從而保證電機的快速響應(yīng)性;對于調(diào)速系統(tǒng)，通常電機工作在較高轉(zhuǎn)速、較大負載下，這時可選擇單極式，或受限單極式，使主電路不易出現(xiàn)直通故障，工作可靠性高。同時，不同的PWM方式，橋式電路功率器件的損耗、熱平衡及續(xù)流回饋也不盡相同。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計 系統(tǒng)程序主要包括轉(zhuǎn)速檢測顯示程序、PI控制算法程序及PWM信號產(chǎn)生程序。轉(zhuǎn)速檢測顯示程序?qū)崿F(xiàn)對電機實際轉(zhuǎn)速的測量,并利用組態(tài)王軟件實時顯示出來。PI控制算法程序利用PLC的PID功能指令實現(xiàn)速度的PI控制,并將PI控制器的輸出值作為PWM控制信號的占空比。PWM信號產(chǎn)生程序利用PLC的PWM功能指令產(chǎn)生周期一定、占空比可調(diào)的PWM信號 [2]  。 程序首先對高速計數(shù)器、PWM信號發(fā)生器和PID參數(shù)表進行初始化。然后設(shè)置定時中斷,并啟動定時器開始定時。接下來判斷電機的轉(zhuǎn)動方向,若正轉(zhuǎn),則判斷正轉(zhuǎn)高速計數(shù)器是否發(fā)生中斷,否則判斷反轉(zhuǎn)高速計數(shù)器是否發(fā)生中斷。高速計數(shù)器一旦發(fā)生中斷,立即讀取定時器的當前值,作為計算轉(zhuǎn)速的時間值。之后判斷是否發(fā)生定時中斷,若是則執(zhí)行定時中斷程序,定時中斷程序主要工作為定時器清零、高速計數(shù)器清零并重新啟動、計算轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速標準化、執(zhí)行PID指令、輸出值轉(zhuǎn)換及執(zhí)行PWM指令,繼而輸出PWM控制信號,否則繼續(xù)判斷是否發(fā)生中斷 [2]  。 轉(zhuǎn)速檢測程序 轉(zhuǎn)速的檢測主要是通過光電編碼器和PLC的高速計數(shù)功能來實現(xiàn)的。光電編碼器和電機同軸連接,電機每轉(zhuǎn)1圈,光電編碼器A,B兩路就產(chǎn)生一定數(shù)量的相位互差90°的正交脈沖。為此選擇高速計數(shù)器為A,B兩路正交計數(shù)工作方式。為使高速計數(shù)器正確工作,首先應(yīng)向高速計數(shù)器的控制字節(jié)寫入控制字,利用高速計數(shù)器的定義指令為所用的高速計數(shù)器選定工作模式,寫入高速計數(shù)器的設(shè)定值,把當前值清零,采用當前值等于設(shè)定值的中斷事件,建立中斷連接,然后啟動高速計數(shù)器。同時啟動定時器,當高速計數(shù)器的當前值等于設(shè)定值時,產(chǎn)生中斷,并同時把定時器的當前值讀出來,作為產(chǎn)生所設(shè)定脈沖數(shù)的時間,從而可計算出轉(zhuǎn)速。為提高測量精度,減少測量誤差,可使用多個高速計數(shù)器,每個高速計數(shù)器檢測不同時間范圍的脈沖數(shù)。鑒于S7-200PLCCPU224有4個高速計數(shù)器具有A,B兩路正交計數(shù)方式,程序采用了4個高速計數(shù)器進行計量,然后取其平均值。 淺談直流電動機pwm原理 1.脈寬 調(diào) 制 (PWM)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。PWM 具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時間漂移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。 2.直流無刷電機 直流無刷電機由電動機、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。直流電源通過開關(guān)線路向電動機定子繞組供電，電動機轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動機的轉(zhuǎn)動。在應(yīng)用實例中，磁極旋轉(zhuǎn)，電樞靜止，電樞繞組里的電流換向借助于位置傳感器和電子開關(guān)電路來實現(xiàn)。電機的電樞繞組作成三相，轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，與轉(zhuǎn)子軸相連的位置傳感器采用霍爾傳感器。3600范圍內(nèi)，兩兩相差1200安裝，共安裝三個。為了提高電機的特性，電機采用二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)的工作方式。開關(guān)電路采用三相橋式接線方式。 調(diào)速以及穩(wěn)速控制 在調(diào) 速 電 路中，主要采用時基電路LM555和脈寬調(diào)制器SG1525來完成，LM555用于產(chǎn)生一個占空比一定、且有固定頻率的方波信號。SG1525為單片脈寬調(diào)制型控制器芯片，具有輸出5.1V 的基準穩(wěn)壓電源，誤差放大器、振蕩頻率在100^ 400kHz范圍內(nèi)的鋸齒波振蕩器、軟啟動電路、關(guān)閉電路、脈寬調(diào)制比較器、RS寄存器以及保護電路等。它解決了PWM電路的集成化問題，在實例中用此芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速。在具體的電路中，首先對位置傳感器信號進行整形，形成所需要的前后沿很陡，具有一定寬度的波形。經(jīng)微分電路微分，產(chǎn)生的微分脈沖去觸發(fā)時基電路LM555，形成占空比為2:1的方波，方波頻率約為200Hzo 此方波頻率計算公式為:f= n * p/ 60式中，Y1為電機的額定轉(zhuǎn)速r/min, f為位置傳感器輸出信號的頻率、P為電機的極對數(shù)。方 波 經(jīng) 濾波器濾波后，形成直流電壓送人脈寬調(diào)制器，與脈寬調(diào)制器的反饋電壓進行比較，利用得到的誤差信號去控制脈寬調(diào)制器輸出的調(diào)制方波脈沖的寬度變化，即PWM輸出脈沖占空比的變化，利用占空比的變化調(diào)整加在電機電樞繞組上的電壓，改變電壓隨即改變電機電流，轉(zhuǎn)速依據(jù)電流的大小來改變。 結(jié)束語：在應(yīng)用實例中，PWM對調(diào)速系統(tǒng)來說，有如下優(yōu)點:系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度等指標比較好;電樞電流的脈動量小，容易連續(xù)，而且可以不必外加濾波電抗也可以平穩(wěn)工作;系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬;使用元件少、線路簡單。 pwm應(yīng)用詳解 PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。 圖1顯示了三種不同的PWM信號。圖1a是一個占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時間通，其余90％的時間斷。圖1b和圖1c顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。例如，假設(shè)供電電源為9V，占空比為10%，則對應(yīng)的是一個幅度為0.9V的模擬信號。 圖2是一個可以使用PWM進行驅(qū)動的簡單電路。圖中使用9V電池來給一個白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開關(guān)閉合50ms，燈泡在這段時間中將得到9V供電。如果在下一個50ms中將開關(guān)斷開，燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過程重復(fù)10次，燈泡將會點亮并象連接到了一個4.5V電池(9V的50%)上一樣。這種情況下，占空比為50%，調(diào)制頻率為10Hz。 3、特點 PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 PWM控制直流電動機 直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動機速度的設(shè)備，上端和交流電源連接，下端和直流電動機連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機礪磁（定子），一路輸入給直流電機電樞（轉(zhuǎn)子），直流調(diào)速器通過控制電樞直流電壓來調(diào)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速。同時直流電動機給調(diào)速器一個反饋電流，調(diào)速器根據(jù)反饋電流來判斷直流電機的轉(zhuǎn)速情況，必要時修正電樞電壓輸出，以此來再次調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。 直流電機的調(diào)速方案一般有下列3種方式： 1、改變電樞電壓； 2、改變激磁繞組電壓； 3、改變電樞回路電阻。 使用單片機來控制直流電機的變速，一般采用調(diào)節(jié)電樞電壓的方式，通過單片機控制PWM1，PWM2,產(chǎn)生可變的脈沖，這樣電機上的電壓也為寬度可變的脈沖電壓。根據(jù)公式 U=aVCC 其中：U為電樞電壓；a為脈沖的占空比（0 電動機的電樞電壓受單片機輸出脈沖控制，實現(xiàn)了利用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）進行直流電機的變速。 因為在H橋電路中，只有PWM1與PWM2電平互為相反時電機才能驅(qū)動，也就是PWM1與PWM2同為高電平或同為低電平時，都不能工作，所以上圖中的實際脈沖寬度為B， 我們把PWM波的周期定為1ms，占空比分100級可調(diào)（每級級差為10%），這樣定時器T0每0.01ms產(chǎn)生一次定時中斷，每100次后進入下一個PWM波的周期。上圖中，占空比是60%，即輸出脈沖的為0.6ms，斷開脈沖為0.4ms，這樣電樞電壓為5*60%=3V。 我們討論的是可以正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的，如果只按一個方向轉(zhuǎn)，我們就只要把PWM1置為高電平或低電平，只改變另一個PWM2電平的脈沖變化即可.