專題1-直流有刷電機(jī)控制課件

專題1直流有刷電機(jī)控制專題1直流有刷電機(jī)控制1電機(jī)

電機(jī)：俗稱“馬達(dá)”，依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。包括：電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)在電路中是用字母M表示，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源，發(fā)電機(jī)在電路中用字母G表示，它的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。電機(jī)控制：對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、運(yùn)轉(zhuǎn)、減速及停止進(jìn)行的控制。速度控制位置控制轉(zhuǎn)矩控制直流有刷電機(jī)伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)交流電機(jī)電機(jī)

電機(jī)：俗稱“馬達(dá)”，依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳2電機(jī)分類和原理

電機(jī)分類和原理

3直流有刷電機(jī)

直流有刷電機(jī)(BrushedDC)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控方便，成本低廉，具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)力器件中，小到玩具，按鈕調(diào)節(jié)式汽車座椅，大到印刷機(jī)械等生產(chǎn)機(jī)械中都能看到它的身影。直流電源的電能通過(guò)電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低、控制方便缺點(diǎn)：由于電刷和換向器的存在，有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，故障多，維護(hù)工作量大，壽命短，換向火花易產(chǎn)生電磁干擾。直流有刷電機(jī)

直流有刷電機(jī)(BrushedDC)，由于其4直流有刷電機(jī)

在有刷直流電機(jī)的固定部分有磁鐵(主磁極)和電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵芯和繞在環(huán)形鐵芯上的繞組。兩極有刷直流電機(jī)的固定部分(定子)上裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞鐵芯。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵芯上放置了由導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷A和B，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。直流有刷電機(jī)

在有刷直流電機(jī)的固定部分有磁鐵(主磁極)和電5伺服電機(jī)

伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。伺服電機(jī)系統(tǒng)見(jiàn)下圖。一般地，伺服電機(jī)要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號(hào)的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號(hào)的變化而連續(xù)變化；轉(zhuǎn)矩能通過(guò)控制器輸出的電流進(jìn)行控制；電機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服電機(jī)有直流和交流之分，最早的伺服電機(jī)是一般的直流電機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電機(jī)。當(dāng)前隨著永磁同步電機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，絕大部分的伺服電機(jī)是指交流永磁同步伺服電機(jī)或者直流無(wú)刷電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，效率高，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，價(jià)格昂貴，需要專業(yè)人士才能控制。伺服電機(jī)

伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓6步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；更通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。我們可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，低速扭矩大，成本低；缺點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機(jī)可以低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時(shí)就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有尖銳的嘯叫聲；同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)是開(kāi)環(huán)控制，控制精度和速度都沒(méi)有伺服電機(jī)那么高。步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；7直流無(wú)刷電機(jī)

無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流。一般地，無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是梯形波(方波)，另一種是正弦波。有時(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷電機(jī)(BLDC)，后一種叫永磁同步電機(jī)(PMSM)，確切地講也是交流伺服電機(jī)的一種。一般的，把方波驅(qū)動(dòng)的叫做直流無(wú)刷電機(jī)(BLDC)；把正弦波驅(qū)動(dòng)的叫做永磁同步電機(jī)(PMSM)，這個(gè)實(shí)際上就是伺服電機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)與伺服電機(jī)有類似的優(yōu)缺點(diǎn)。BLDC電機(jī)比PMSM電機(jī)造價(jià)便宜一些，驅(qū)動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單一些。直流無(wú)刷電機(jī)

無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)是在有刷直流電機(jī)的8舵機(jī)

舵機(jī)（英文叫Servo，伺服）：它由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)發(fā)送信號(hào)，指定輸出軸旋轉(zhuǎn)角度。舵機(jī)一般而言都有最大旋轉(zhuǎn)角度（比如180度。）與普通直流電機(jī)的區(qū)別主要在，直流電機(jī)是一圈圈轉(zhuǎn)動(dòng)的，舵機(jī)只能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能一圈圈轉(zhuǎn)。普通直流電機(jī)無(wú)法反饋轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息，而舵機(jī)可以。用途也不同，普通直流電機(jī)一般是整圈轉(zhuǎn)動(dòng)做動(dòng)力用，舵機(jī)是控制某物體轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度用（比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)）。舵機(jī)

舵機(jī)（英文叫Servo，伺服）：它由直流電機(jī)、減速齒9三個(gè)基本定則——左手定則左手定則：位于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，會(huì)受到力的作用，力的方向可按左手定則確定，如圖所示：伸開(kāi)左手，使大拇指和其余四指垂直，把手心面向N極，四指順著電流的方向，那么大拇指所指方向就是載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向?！?電->力

三個(gè)基本定則——左手定則左手定則：位于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，會(huì)受10三個(gè)基本定則——右手定則右手定則：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體因切割磁力線會(huì)感生出電動(dòng)勢(shì)E——磁生電其大小為：E=vBLsin?θ其中：v為導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度（單位m/s），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位T），L為導(dǎo)體長(zhǎng)度（單位m），θ為：B和L的夾角。三個(gè)基本定則——右手定則右手定則：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體因切割磁11三個(gè)基本定則——安培定則如果一條直的金屬導(dǎo)線通過(guò)電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)?！娚艑?dǎo)線中流過(guò)的電流越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁場(chǎng)成圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。磁場(chǎng)的方向可以根據(jù)“右手螺旋定則”（又稱安培定則）安培定則：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N（北）極。三個(gè)基本定則——安培定則如果一條直的金屬導(dǎo)線通過(guò)電流，那么在12直流有刷電機(jī)工作原理最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型：固定部分有磁鐵（主磁極）和電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組，以及換向片。直流有刷電機(jī)工作原理最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型：固定部分有磁鐵13直流有刷電機(jī)工作原理磁場(chǎng)：圖中N和S是一對(duì)靜止的磁極，用以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圓周為正弦分布。勵(lì)磁繞組——容量較小的電機(jī)是用永久磁鐵做磁極的。容量較大的電機(jī)的磁場(chǎng)是由直流電流通過(guò)繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來(lái)形成N極和S極的繞組稱為勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流If。電樞繞組：在N極和S極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心，其上緊繞著一個(gè)線圈稱為電樞繞組(圖中只畫出一匝線圈)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流Ia。換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片——換向片上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動(dòng)的炭質(zhì)電刷。電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。直流有刷電機(jī)工作原理磁場(chǎng)：圖中N和S是一對(duì)靜止的磁極，用以產(chǎn)14直流有刷電機(jī)工作原理電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電樞繞組通過(guò)電刷接到直流電源上，繞組的旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相聯(lián)。電流從電刷A流入電樞繞組，從電刷B流出。電樞電流Ia與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F，其方向可用左手定則判定。這一對(duì)電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩T，使電動(dòng)機(jī)電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向關(guān)系：同向直流有刷電機(jī)工作原理電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生15直流有刷電機(jī)工作原理?yè)Q向當(dāng)電樞（旋轉(zhuǎn)部分）轉(zhuǎn)到上圖b所示位置時(shí)，ab邊轉(zhuǎn)到了S極下，cd邊轉(zhuǎn)到了N極下。這時(shí)線圈電磁轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)生了改變，但由于換向器隨同一起旋轉(zhuǎn)，使得電刷A總是接觸N極下的導(dǎo)線，而電刷B總是接觸S極下的導(dǎo)線，故電流流動(dòng)方向發(fā)生改變，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。直流有刷電機(jī)工作原理?yè)Q向16電動(dòng)勢(shì)與能量轉(zhuǎn)換分析反電動(dòng)勢(shì)：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，割切磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（磁生電），這個(gè)電動(dòng)勢(shì)(用右手定則判定)的方向與電樞電流Ia和外加電壓U的方向總是相反的，稱為反電動(dòng)勢(shì)Ea。電源只有克服這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)才能向電動(dòng)機(jī)輸入電流?？梢?jiàn)，電動(dòng)機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率的同時(shí)，電源卻向電動(dòng)機(jī)輸入電功率，電動(dòng)機(jī)起著將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用。電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向關(guān)系：反向能量轉(zhuǎn)換：電源（電能）->電磁轉(zhuǎn)矩->負(fù)載（機(jī)械能）由此可見(jiàn)，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動(dòng)機(jī)電樞線圈中流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，直流電動(dòng)機(jī)就是利用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)而“切割”其磁力線的原理工作的。電動(dòng)勢(shì)與能量轉(zhuǎn)換分析反電動(dòng)勢(shì)：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，割切磁力線而產(chǎn)生感17直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了，直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的18直流減速電機(jī)減速電機(jī)的特色首要有以下幾點(diǎn)：減速電機(jī)節(jié)約空間，牢靠經(jīng)用，能承受一定的過(guò)載能力，功率能滿意的需求；減速電機(jī)能耗低，性能優(yōu)越；減速電機(jī)振蕩小，噪音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼資料，剛性鑄鐵箱體，齒輪外表顛末高頻熱出來(lái)；顛末精細(xì)加工，包管定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)總成的齒輪減速電機(jī)裝備了各類電機(jī)，形成了機(jī)電一體化，徹底包管了產(chǎn)物的運(yùn)用質(zhì)量特征；減速電機(jī)采用了系列化、模塊化的設(shè)計(jì)，有很廣泛的適應(yīng)性。同時(shí)可組合其他多種電機(jī)、裝置方位和布局計(jì)劃、可按實(shí)際需要挑選任意轉(zhuǎn)速和各種布局方式。直流減速電機(jī)減速電機(jī)的特色首要有以下幾點(diǎn)：19減速電機(jī)參數(shù)減速電機(jī)有幾個(gè)重要參數(shù)在選型時(shí)作為參考值：減速電機(jī)參數(shù)減速電機(jī)有幾個(gè)重要參數(shù)在選型時(shí)作為參考值：20直流減速電機(jī)減速電機(jī)有幾個(gè)重要參數(shù)在選型時(shí)作為參考值：空載轉(zhuǎn)速：電機(jī)正常通電無(wú)負(fù)載狀態(tài)的轉(zhuǎn)速（單位：rpm或轉(zhuǎn)/分鐘或r/min)；空載電流：電機(jī)正常通電無(wú)負(fù)載狀態(tài)的電流（單位：mA毫安）；負(fù)載力矩：電機(jī)負(fù)載測(cè)試時(shí)候的額定扭矩，僅用于測(cè)試參考（單位：g-cm克每厘米或kg-cm公斤每厘米）；負(fù)載轉(zhuǎn)速：電機(jī)在負(fù)載力矩下的轉(zhuǎn)速（單位：rpm或轉(zhuǎn)/分鐘或r/min)；負(fù)載電流：電機(jī)在負(fù)載力矩下的電流（單位：mA毫安或A安）；堵轉(zhuǎn)力矩：又叫啟動(dòng)扭力，為電機(jī)所能承受的最大扭力標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)該扭力，電機(jī)將停轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)（單位：g-cm克每厘米或kg-cm公斤每厘米）；堵轉(zhuǎn)電流：也叫啟動(dòng)電流，為電機(jī)遭到堵轉(zhuǎn)停止時(shí)候的最大電流；（單位：mA毫安或A安）；減速比：減速裝置的傳動(dòng)比，由減速齒輪結(jié)構(gòu)決定；減速電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速與直流電機(jī)轉(zhuǎn)速之比；霍爾分辨率：電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)一圈霍爾編碼器輸出的脈沖數(shù)。直流減速電機(jī)減速電機(jī)有幾個(gè)重要參數(shù)在選型時(shí)作為參考值：21直流減速電機(jī)很多時(shí)候我們更加關(guān)系電機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題，下面我們分析電機(jī)轉(zhuǎn)速影響因素：U=CeΦn+IaRan=(U-IaRa)/(CeΦ)其中n為轉(zhuǎn)速，U為電機(jī)端電壓，Ia為電樞電流，Ra為電機(jī)電樞繞組電阻Ce為電機(jī)常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，Φ為電機(jī)氣隙磁通。對(duì)一個(gè)電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)出廠時(shí)Ce和Φ這兩個(gè)參數(shù)值已經(jīng)是確定的。所以，很多時(shí)候通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)電壓來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。一般認(rèn)為：直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓成正比；直流減速電機(jī)很多時(shí)候我們更加關(guān)系電機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題，下面我們分析22直流減速電機(jī)減速電機(jī)的重要參數(shù)：電機(jī)一般還有一個(gè)最小啟動(dòng)電壓，就是可以使得電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的電壓值。為保證電機(jī)正常工作，一般需要接到電機(jī)兩端的電壓值范圍為：最小啟動(dòng)電壓至額定電壓。并且在這個(gè)電壓值范圍內(nèi)才認(rèn)為轉(zhuǎn)速與電壓成正比。電機(jī)線圈是有銅導(dǎo)線繞線而成的，所以其電機(jī)電樞繞組電阻一般都是非常小，這樣回路中電流一般都是比較大的。這對(duì)我們電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有很大的影響。另外，電機(jī)還有一個(gè)比較重要的參數(shù)：扭矩。簡(jiǎn)化理解扭矩就是電機(jī)可以帶動(dòng)外部部件旋轉(zhuǎn)的力量，大扭矩可以帶動(dòng)比較重的東西。一般認(rèn)為：直流電機(jī)的扭矩和電流成正比；直流減速電機(jī)減速電機(jī)的重要參數(shù)：23直流減速電機(jī)關(guān)于減速齒輪的簡(jiǎn)易說(shuō)明：直流減速電機(jī)由兩部分組成：減速齒輪+直流電機(jī)。一般直流電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速是很高的（上千上萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘），但實(shí)際應(yīng)用中可能需要轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)，合適的做法是為電機(jī)加速減速齒輪。并且可以提高轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。通過(guò)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以控制減速電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速。直流減速電機(jī)關(guān)于減速齒輪的簡(jiǎn)易說(shuō)明：24直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)：給電機(jī)兩根線供電電機(jī)就可以旋轉(zhuǎn)，給正電壓電機(jī)正轉(zhuǎn)，給相反電壓電機(jī)反轉(zhuǎn)；電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，電壓越小，轉(zhuǎn)速也變小。我們希望STM32可以方便的調(diào)整電機(jī)速度，但STM32的IO接口電壓和電流一般都是非常有限的，電壓是3.3V，電流是8mA，所以為方便控制需要在微控制器和電機(jī)直接添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)板有兩種輸入線：電源輸入線和控制信號(hào)輸入線。電源輸入線一般要求是可以提供電機(jī)額定電源的大電流電源，它是給電機(jī)提供動(dòng)力的來(lái)源?？刂菩盘?hào)線與微控制器的信號(hào)線連接，是實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板還有一個(gè)輸出線，有兩個(gè)端口，它與直流電機(jī)的引腳直接連接。注意，這里的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板輸出線是應(yīng)該一系列電路之后才輸出的，也就是通過(guò)輸入信號(hào)調(diào)制后的輸出線。電機(jī)控制都是必須有驅(qū)動(dòng)器的。STM32控制器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)外部電源脈沖信號(hào)電機(jī)引線位置反饋可選部分直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)：給電機(jī)兩根線供電電機(jī)就可以25直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路當(dāng)開(kāi)關(guān)A和D閉合、B和C斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，記該旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎较?。?dāng)開(kāi)關(guān)B和C閉合、A和D斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，記該旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉捶较?。?dāng)開(kāi)關(guān)A和C閉合、B和D斷開(kāi)或者當(dāng)開(kāi)關(guān)B和D閉合、A和C斷開(kāi)時(shí)直流電機(jī)不旋轉(zhuǎn)。此時(shí)可以認(rèn)為電機(jī)處于“剎車”狀態(tài)，電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成“剎車”作用。當(dāng)開(kāi)關(guān)A和B閉合或者當(dāng)開(kāi)關(guān)C和D閉合時(shí)直接電源短路，會(huì)燒毀電源，這種情況嚴(yán)禁出現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)A、B、C和D四個(gè)開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)時(shí)候，認(rèn)為電機(jī)處于“惰行”狀態(tài)，電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間。這樣簡(jiǎn)單的控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)就可以控制電機(jī)的選擇方向。從上圖中可以看到，其形狀類似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“H橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開(kāi)關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路當(dāng)開(kāi)關(guān)A和D閉合、26直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)在電路中可以做電子開(kāi)關(guān)的有三極管和MOS管?？梢允褂眠@兩種器件代替開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)電路可控的效果直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)在電路中可以做電子開(kāi)關(guān)的有三極管和MOS27H橋電路分析下面開(kāi)始以MOS管搭建的H橋電路解釋電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)MOS管導(dǎo)通。如圖，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)（此時(shí)必須保證Q2和Q3關(guān)斷），電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。H橋電路分析下面開(kāi)始以MOS管搭建的H橋電路解釋電機(jī)正反轉(zhuǎn)控28H橋電路分析另一對(duì)MOS管Q2和Q3導(dǎo)通的時(shí)候（此時(shí)必須保證Q1和Q4關(guān)斷），電流從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。H橋電路分析另一對(duì)MOS管Q2和Q3導(dǎo)通的時(shí)候（此時(shí)必須保證29H橋電路分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋兩個(gè)同側(cè)的MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要，如果MOS管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從電源正極穿過(guò)兩個(gè)MOS管直接回到負(fù)極，此時(shí)電路中除了MOS管外沒(méi)有其它任何負(fù)載，因此電路上的電流就達(dá)到最大值，燒壞MOS管和電源?；谏鲜鲈?，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制MOS管的開(kāi)關(guān)。下圖所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本的H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門和2個(gè)非門。4個(gè)與門同一個(gè)使能導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門通過(guò)提供一種方向輸入，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)都只有一個(gè)三極管導(dǎo)通。H橋電路分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋兩個(gè)同側(cè)的MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)30H橋電路分析采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)只需要三個(gè)信號(hào)控制，如：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIR－L信號(hào)為0，DIR－R信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)，如圖所示；如果DIR－L信號(hào)變?yōu)?，而DIR－R信號(hào)變?yōu)?。那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電機(jī)。H橋電路分析采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)只需要三個(gè)信號(hào)控制，如：31電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型H橋電路雖然有著許多的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的制作過(guò)程中，由于元件較多，電路和搭建也較為麻煩，增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。所絕大多數(shù)制作中通常直接選用專用的驅(qū)動(dòng)芯片(內(nèi)部集成好了H橋電路)。目前市面上專用的驅(qū)動(dòng)芯片很多，如L298N、BST7970、MC33886等，但到底我們應(yīng)該選用哪咱芯片呢，當(dāng)然每種芯片有自己的優(yōu)勢(shì)，我們應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)需要從價(jià)格和性能上綜合考慮才行，這里談三個(gè)方面。驅(qū)動(dòng)效率的轉(zhuǎn)化所謂驅(qū)動(dòng)效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負(fù)載，而驅(qū)動(dòng)電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個(gè)橋臂在導(dǎo)通時(shí)最好沒(méi)有壓降，越小越好。從電路上看，這主要取決于“開(kāi)關(guān)”上的壓降，其消耗為流過(guò)的電流乘以壓降，電流大小主要取決于負(fù)載電機(jī)的需要，所以對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)重點(diǎn)應(yīng)考慮盡量減小開(kāi)關(guān)上的電阻從而提高效率，而在選用驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮所選用的芯片壓降是否滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的需要。能夠通過(guò)的驅(qū)動(dòng)電流每個(gè)芯片都有自身承受的最大電流，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證電機(jī)的工作電流不會(huì)造成芯片的燒毀。芯片的價(jià)格對(duì)于器件的價(jià)格，一般在業(yè)余的制作基本不會(huì)考慮太多，但真正在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，價(jià)格卻是除了性能外必須考慮的另一個(gè)關(guān)鍵因素。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型H橋電路雖然有著許多的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的制作32L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N內(nèi)部的組成其就是上面講的H橋驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋電路（可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)）L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N內(nèi)部的組成其就是上面講的H橋33L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率為25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)用控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，34L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N芯片引腳圖L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N芯片引腳圖35L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N芯片引腳圖該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB為高電平有效ENAIN1IN2直流電機(jī)狀態(tài)（OUT1和OUT2）0任意任意停止100剎車101正轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)111剎車在驅(qū)動(dòng)模塊的ENA和ENB引腳已經(jīng)默認(rèn)通過(guò)跳線帽短路至模塊板上的5V上，即ENA和ENB已經(jīng)默認(rèn)設(shè)置為高電平了，開(kāi)發(fā)板可以不需要再浪費(fèi)兩個(gè)IO引腳去控制它們L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N芯片引腳圖該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以3625GA370直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)25GA370直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)1、6引腳就是直流電機(jī)引腳，電機(jī)旋轉(zhuǎn)和速度調(diào)節(jié)只需這兩個(gè)引腳即可。2、3、4和5四個(gè)引腳是編碼器功能引腳25GA370直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)25GA370直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)37開(kāi)發(fā)板的電機(jī)控制接口其中包括TIM1和TIM3部分通道功能引腳。使用高級(jí)控制定時(shí)器的互補(bǔ)通道功能可以非常方便的控制H橋電路。這里，我們就選擇使用TIM1的CH1和CH1N連接L298N驅(qū)動(dòng)模塊的IN1和IN2，這樣通過(guò)程序控制就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)以及調(diào)速控制。當(dāng)然這里也可以選擇TIM1的CH2和CH2N與IN1和IN2連接，或者選擇TIM1的CH3和CH3N與IN1和IN2連接，這些方案都是可行的，只要我們?cè)诔绦蛏宰餍薷木涂梢詫?shí)現(xiàn)電機(jī)控制的。對(duì)于CH1和CH1N引腳與IN1和IN2的連接也沒(méi)有嚴(yán)格的順序要求，調(diào)換連接會(huì)導(dǎo)致電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反而已。講了這么多，L298N驅(qū)動(dòng)模塊與開(kāi)發(fā)板連接只需三根導(dǎo)線而已：IN1、IN2和GND。注意這里需要連接GND，起到“共地”作用，不然無(wú)法正?？刂?。開(kāi)發(fā)板的電機(jī)控制接口其中包括TIM1和TIM3部分通道功能引38STM32CubeMX生成工程

STM32CubeMX生成工程

39直流電機(jī)控制代碼實(shí)現(xiàn)

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