直流电机 pwm 调速

PWM（脉冲宽度调制）调速是直流电机调速中常用的一种方法

工作原理

通过调节PWM信号的占空比来控制直流电机两端的平均电压，从而实现对电机转速的调节。PWM信号是一种方波信号，其占空比是指高电平时间与整个周期的比值。当占空比为100%时，电机两端施加的是全电压，转速最快；当占空比为0%时，电机两端无电压，电机停止转动。占空比在0%到100%之间变化时，电机两端的平均电压也随之变化，进而改变电机的转速。

硬件实现

一般需要使用微控制器（如STM32）的定时器模块来产生PWM信号。以STM32为例，其定时器可以配置为不同的模式来产生PWM波形，具体步骤如下：

1. 使能定时器的时钟以及相关GPIO引脚的时钟。
2. 配置GPIO引脚为复用功能，用于输出PWM信号。
3. 初始化定时器，设置定时器的计数模式、计数周期（决定PWM信号的频率）等参数。
4. 配置定时器的通道，设置PWM模式、占空比等参数。
5. 使能定时器和相关通道，开始输出PWM信号。

软件控制

在软件方面，可以通过编写代码来改变定时器的占空比，从而实现对电机转速的实时控制。例如，在C语言中，可以使用STM32 HAL库函数来实现：

#include "main.h"

// 定义电机控制引脚和定时器句柄
TIM_HandleTypeDef htim;
#define MOTOR_PIN GPIO_PIN_1
#define MOTOR_GPIO_PORT GPIOA

// 初始化PWM
void PWM_Init(void)
{
  // 使能GPIO和定时器时钟
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();

  // 配置GPIO引脚为复用推挽输出
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = MOTOR_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(MOTOR_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

  // 初始化定时器
  htim.Instance = TIM2;
  htim.Init.Prescaler = 71;  // 预分频系数，72MHz / (71 + 1) = 1MHz
  htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim.Init.Period = 999;  // 计数周期，决定PWM频率，1MHz / (999 + 1) = 1kHz
  htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

  // 配置PWM通道
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;  // 初始占空比为0
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

  // 使能定时器和PWM通道
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_1);
}

// 设置PWM占空比
void set_PWM_Duty(uint16_t duty)
{
  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim, TIM_CHANNEL_1, duty);
}

int main(void)
{
  HAL_Init();

  PWM_Init();

  // 设置占空比为50%，范围是0 - 1000
  set_PWM_Duty(500);

  while (1)
  {
    // 主循环，可根据需要添加其他代码
  }
}

注意事项

• 电机特性：不同的直流电机具有不同的电气特性，如内阻、电感等，这些特性会影响电机对PWM信号的响应，在实际应用中需要根据电机的规格进行参数调整。
• 频率选择：PWM信号的频率对电机调速有重要影响。频率过低，电机可能会出现抖动、噪音等问题；频率过高，虽然可以使电机调速更平滑，但会增加微控制器的负担，同时可能受到硬件电路的限制。一般需要通过实验来确定合适的频率。
• 保护电路：为了防止电机在运行过程中产生的反电动势对电路造成损坏，需要添加适当的保护电路，如续流二极管等。