基于pwm技术的直流电机控制系统
6页1、基于基于 PWMPWM 技术的直流电机控制系统技术的直流电机控制系统由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展,脉宽调制(PWM)调速技术已成为直流电机常用的调速方法,具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以 H 桥电路作为驱动器的功率驱动电路,可方便地实现直流电机的四象限运行,包括正转、正转制动、反转、反转制动,已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。.直流电机 PWM 调速控制原理众所周知,直流电动机转速公式为【1】:n=(U-IR)/K其中 U 为电枢端电压,I 为电枢电流,R 为电枢电路总电阻, 为每极磁通量,K 为电动机结构参数。直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少,大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步,改变电枢电压可通过多种途径实现,其中脉冲宽度调制 (PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压 U,从而控制电机速度。PWM 的核心部件是电压-脉宽变换器,
2、其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制,以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间,实现对电枢绕组两端电压的控制。电压-脉宽变换器结构如图 1 所示,由三角波发生器、加法器和比较器组成。三角波发生器用于产生一定频率的三角波 UT,该三角波经加法器与输入的指令信号 UI相加,产生信号 UI+UT,然后 送入比较器。比较器是一个工作在开环状态下的运算放大器,具有极高的开环增益及限幅开关特性。两个输入端的信号差的微弱变化,会使比较器输出对应的开关信号。一般情况下,比较器负输入端接地,信号 UI+UT从正端输入。当 UI+UT时,比较器输出满幅度的正电平;当 UI+UT时,比较 器输出满幅度的负电平。电压脉宽变换器对信号波形的调制过程如图 2 所示。由于比较器的限幅特性,输出信号S的幅度不变,但脉冲宽度随 UI的变化而变化,S的频率由三角波的频率所决定。当指令信号 UI时,输出信号S为正负脉冲宽度相等的矩形脉冲。当 UI时,S的正脉宽大于负脉宽。当 UI时,S的正脉宽小于负脉宽。当 UITPP时(TPP是三角波的峰值) ,S为一正直流信号;当 UITPP时,S 为一负直流信
3、号。2.直流电机驱动控制总流程图直流电机驱动控制电路分为控制信号电路、脉宽调制电路、驱动信号放大电路、H 桥功率驱动电路等部分,控制总流程如图 3 所示。由图 3 可以看出,首先由单片机发出电机逻辑控制信号,主要包括电机运转方向信号 Dir,电机调速信号 PWM 及电机制动信号 Brake,然后由 TL494 进行脉宽调制,其输出信号驱动 H 桥功率电路来驱动直流电机。其中 H 桥是由 4 个大功率增强型场效应管构成的,其作用是改变电机的转向,并对驱动信号进行放大。3. TL494 脉冲宽度调制电路31 TL494 各管脚功能。在实现电机 PWM 控制的电路中,本系统选用 TL494 芯片,其内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。 ,共 16 个管脚,其功能结构如图 4 所示。TL494 芯片广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。其片内资源有【2】:集成了全部的脉宽调制电路。片内置线性锯齿波振荡器,外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容) 。内置误差放大器。内止 5V 参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率
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