直流電動機轉(zhuǎn)速N的表達式為：N=U-IR/Kφ
由上式可得，直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：調(diào)節(jié)勵磁磁通的勵磁控制方法和調(diào)節(jié)電樞電壓的電樞控制方法。其中勵磁控制方法在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制方法。
對電動機的驅(qū)動離不開半導體功率器件。在對直流電動機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導體器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。
線性放大驅(qū)動方式是使半導體功率器件工作在線性區(qū)。這種方式的優(yōu)點是：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小；但是功率器件在線性區(qū)工作時由于產(chǎn)生熱量會消耗大部分電功率，效率和散熱問題嚴重，因此這種方式只用于微小功率直流電動機的驅(qū)動。絕大多數(shù)直流電動機采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導體器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。
在PWM調(diào)速時，占空比α是一個重要參數(shù)。以下3種方法都可以改變占空比的值。
（1）定寬調(diào)頻法
這種方法是保持t1不變，只改變t2，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。
（2）調(diào)頻調(diào)寬法
這種方法是保持t2不變，只改變t1，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。
（3）定頻調(diào)寬法
這種方法是使周期T（或頻率）保持不變，而同時改變t1和t2。
前兩種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直流電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。
直流電動機雙極性驅(qū)動可逆PWM控制系統(tǒng)
雙極性驅(qū)動則是指在一個PWM周期里，作為在電樞兩端的脈沖電壓是正負交替的。
雙極性驅(qū)動電路有兩種，一種稱為T型，它由兩個開關(guān)管組成，采用正負電源，相當于兩個不可逆控制系統(tǒng)的組合。但由于T型雙極性驅(qū)動中的開關(guān)管要承受較高的反向電壓，因此只用在低壓小功率直流電動機驅(qū)動。
另一種稱為H型。
H型雙極性驅(qū)動
1． 電動機控制電路模塊
H橋電動機驅(qū)動電路的工作原理：
A：當單片機的P0.0腳輸出高電平，而P0.1腳輸出低電平時，通過光電耦合器后仍然輸出為高電平，使Q4管導通，此時Q1也處于導通狀態(tài)，但Q2管的基極的電位被強行拉低，Q2管處于截止狀態(tài)。由于單片機的P0.1腳輸出低電平，
Q8處于截止狀態(tài)，而此時Q7因為Q5的截止而處于導通狀態(tài)，從而使電動機形成回路，電機正常工作。
B：同理可得，當P0.0腳輸出低電平，而P0.1腳輸出高電平時，三極管的狀態(tài)與上述相反，電機同樣處于正常工作狀態(tài)。
C：當P0.0腳和P0.1同時為高電平或低電平，由于Q4與Q8和Q3與Q7的工作狀態(tài)相同，同時處于導通或截止，使電機兩斷電位相同，無法使電機形成閉和回路，電機不工作，著就是所謂本設(shè)計所提及的剎車狀態(tài)。
由于電路中在驅(qū)動功率管的發(fā)射極各添加了一個小電感，目的是為了使電機驅(qū)動電壓更加穩(wěn)定，得到較為平滑的驅(qū)動電壓，從而增加了剎車時動作的準確性，減少電機的在起動和停止的瞬間產(chǎn)生過大的電壓對功率管的沖擊，導致功率管的損壞。同時也提高了電機的剎車控制可靠性和準確性，不至于因慣性而導致控制上產(chǎn)生較大的誤差。
該橋的優(yōu)點是電路的原理簡單、易控制、功耗低帶負載能力強、剎車的精度很高而且價格低廉。在驅(qū)動電路的控制信號輸入斷采用了光電隔離技術(shù)，減小H橋電機驅(qū)動電路對單片機的干擾，實現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的隔離。在單片機的配合下，通過PWM調(diào)節(jié)脈寬的方法，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松調(diào)速，通過鍵盤的配置可以對體的參數(shù)進行修改，可以使電機適應(yīng)各種不同的工作狀態(tài)，而實現(xiàn)智能控制的目的。正因為采取了PWM該技術(shù)，使我們完成基本要求的過程變得簡單易行。
在電路中所采取的功率管為中功率管，其中將驅(qū)動功率管設(shè)計為靈活替換方式，可以根據(jù)實際驅(qū)動電路的需要，從而調(diào)整功率管的型號而不用另行更改電路，就可以滿足電路控制的要求
2、軟件模塊部分
在速度控制方面，一般是能通過改變加在電機兩端的電壓來實現(xiàn)的，可以是連續(xù)改變（加直流電壓），也可以是斷續(xù)改變（加脈沖電壓）。為了簡單用，我們采用了脈寬調(diào)速，脈寬的變化可以通過硬件或軟件來實現(xiàn)。
方案一 硬件實現(xiàn)是通過改變振蕩電路中RC參數(shù)來調(diào)整充放電時間。若用硬件電路來實現(xiàn)，在穩(wěn)定性方面得不到保證。
方案三 用軟件的作法是通過設(shè)置高電平及低電平的保持時間來達到PWM的脈寬調(diào)制目的。
就比較而言，軟件調(diào)整量化指標更高、調(diào)整更可靠、更方便、更準確。因此在設(shè)計時，?？紤]方案二。
脈沖頻率對電機轉(zhuǎn)機也有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負載能力差，頻率低則反之。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在15━20HZ效果最佳。在本設(shè)計中采用了20HZ進行設(shè)計。
脈沖調(diào)速實質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機兩端的平均功率，通過計算可發(fā)現(xiàn)電機的速度與脈寬成正比。
軟件編程的考慮是設(shè)置脈寬這個變量。在P0.0，P0.1的輸出控制信號來產(chǎn)生20HZ可調(diào)脈寬方波。
下面是51單片機的實驗程序
#include < reg51.h >
#include < intrins.h >
sbit K1 =P1^4 ; //增加鍵
sbit K2 =P1^5 ; //減少鍵
sbit P00 =P0^1;
sbit BEEP =P3^7 ; //蜂鳴器
unsigned char PWM=0xe7; //賦初值
void Beep();
void delayms(unsigned char ms);
void delay(unsigned char t);
/*********************************************************/
void main()
{
P1=0xff;
TMOD=0x21 ;
TH0=0xff ; //50us延時常數(shù)
TL0=0xce ; //頻率調(diào)節(jié)
TH1=PWM ; //脈寬調(diào)節(jié)
TL1=0 ;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
TR0=1 ;
while(1)
{
do{
if(PWM!=0xff)
{PWM++ ;delayms(10);}
else Beep() ;
}
while(K1==0);
do{
if(PWM!=0xce)
{PWM-- ;delayms(10);}
else Beep() ;
}
while(K2==0);
}
}
void timer0() interrupt 1
{
TR1=0 ;
TH0=0xff ;
TL0=0xce ;
TH1=PWM ;
TR1=1 ;
P00=0 ; //啟動輸出
}
void timer1() interrupt 3
{
TR1=0 ;
P00=1 ; //結(jié)束輸出
}
/*********************************************************/
//蜂鳴器子程序
/*********************************************************/
void Beep()
{
unsigned char i ;
for (i=0 ;i<100 ;i++)
{
delay(100) ;
BEEP=!BEEP ; //Beep取反
}
BEEP=1 ; //關(guān)閉蜂鳴器
delayms(100);
}
/*********************************************************/
// 延時子程序
/*********************************************************/
void delay(unsigned char t)
{
while(t--) ;
}
/*********************************************************/
// 延時子程序
/*********************************************************/
void delayms(unsigned char ms)
{
unsigned char i ;
while(ms--)
{
for(i = 0 ; i < 120 ; i++) ;
}
}
/*********************************************************/
下載文檔
