1 直流馬達的 PWM 調速控制為調節電機轉速和方向需要對其直流電壓的大小和方向進行控制。目前，常用大功率電晶體脈寬調製（PWM）調速驅動系統和可控矽直流調速驅動系統兩種方式。可控矽直流（SCR）驅動方式，主要通過調節觸發裝置控制 SCR 的導通角來移動觸發脈衝的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電機電樞電壓的變化易平滑調速。由於 SCR 本身的工作原理和電源的特點，導通後是利用交流過零來關閉的，因此，在低整流電壓時，其輸出是很小的尖峰值的平均值，從而造成電流的不連續性。由於電晶體的開關回應特性遠比 SCR 好，因此前者的伺服驅動特性要比後者好得多。所謂脈波寬度調變(Pulse Width Modulate 簡稱 PWM)信號就是一連串可以調整脈波寬度的信號。脈寬調變是一種調變或改變某個方波的簡單方法。在它的基本形式上，方波工作周期（duty cycle）是根據輸入信號的變化而變化。在直流馬達控制系統中，為了減少流經馬達繞線電流及降低功率消耗等目的，常常使用脈波寬度調變信號(PWM)來控制交換式功率元件的開與關動作時間。其最常使用的就是藉著改變輸出脈波寬度或頻率來改變馬達的轉速。圖 1 PWM 脈波寬度調變信號圖若將供應馬達的電源在一個固定週期做 ON 及 OFF 的控制，則 ON 的時間越長，馬達的轉速越快，反之越慢。此種 ON 與 OFF 比例控制速度的方法即稱為脈波寬度調變，ON 的期間稱為工作週期(duty cycle)，以百分比表示。若直流馬達的供應電源電壓為 10 伏特，乘以 20%的工作週期即得到 2 伏特的輸出至馬達上，不同的工作週期對應出不同電壓讓直流馬達轉速產生不同的變化。若直流馬達的供應

直流馬達的 PWM 調速控制 - eshare.stust.edu.tweshare.stust.edu.tw/EshareFile/2010_4/2010_4_ccd9befb.pdf · 1 直流馬達的pwm 調速控制為調節電機轉速和方向需要對其直流電壓的大小和方向進行控制。目前，常用大

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PWM

PWM

SCR SCR

SCR

SCR

(Pulse Width Modulate PWM)

duty cycle

(PWM)

1 PWM

ON OFF ON

ON OFF

ON (duty cycle)

10 20% 2
2

10 20% 2

PWM

PWM

(a)

(b)

2PWM

SCR PWM

1.

2. PWM

3.

4.

5. PWM

6.
3

DC

DC Motor

H-bridge (Relay)

1.-bridge

3H-Bridge

3 H-Bridge

(1) Q1,Q4 ON Q3,Q2 OFF

4
4

(2) Q3,Q2 ON Q1,Q4 OFF

5

2.

H

Q1 Q2

6 H 4

2 4

2 H

6

DIRL 0DIRR 1 1 Q1

Q4 7 DIRL 1 DIR

R 0 Q2 Q3
5

6 H

7

H H

L293DL298NTA7257PSN754410

3. ZXMHC3A01T8

ZXMHC3A01T8 MOSFET H-BRIDGE IC :

N-Channel = VDSS = 30V; RDS(on) = 0.12; ID = 3.1A

P-Channel = VDSS = -30V; RDS(on) = 0.21; ID = -2.3A

P-Channel = Turn-off delay time 12.1 ns
6

8 ZXMHC3A01T8

4. TA7257P

TA7257P H ICTA7257P

(1) IC 0 1

(2) IC IC

6~18V 0~8V

(3) (thermal shut down circuit) (over current

protector)

(4) 1.5A 4.5A

10 TA7257P 1

10. TA7257P
7

1.

TA7257P Pin1 Pin2 Pin3 Pin5

2

2.

11 TA7257P Pin1 Pin2

Pin3 Pin5 0.1F 33
8

11. TA7257P

5. TA7279P IC

TA7279P 2 IC TA7279P

(1) IC 0 1

(2) IC IC

6~18V 0~18V

(3) (thermal shut down circuit) (over current

protector)

(4) 1.0A 3.0A

12 TA7279P 3

12. TA7279P

3.
9

TA7279P Pin1Pin2Pin3(A) Pin12Pin13(B)

Pin4Pin6(A) Pin9Pin11(B)

4

4.

13 TA7279P TA7257 IC

TA7279P
10

13. TA7279P

4.

14 14 10kHz PWM MCU

MOSFET H-bridge MOSFET H-bridge

A B Encoder Count Encoder Count

CPLD CPLD 12Bit

MCU PID PID MCU

PWM

PWM Control

MOSFETH-bridge Motor

Encoder Count

PID

Encoder Sensor

MCU c8051f120

14

A B CPLD CPLD

15 channel A channel B

channel A = 1 channel B = 0
11

15 channel A and channel B

4 16 4

CPLD 12Bit

16 channel A and channel B

17

SWDATA

MCU

17CPLD
12

4.1

(1)

18

k

19

18

19

(2) PD

PD :

+=

dttdeTteKt dP)()()(R (5)

PD
13

(3) PID

20 PID :

++= dt

tdeTdtteT

teKt di

P)()(1)()(R (6)

Rn = Rn-1 + Kp * (en - en-1) + Ki * (en + en-1)/2 + Kd * (en2en-1 + en-2) (7)

20 PID

PID

PPD PID 21

21PPD PID

4.2

PWM PWM

PWM

1 ()1024 10

0.1
14

1 PWM 128 (7 ) k

4.2.1 e(t) Kp

e(t) x

/(pps) 2x (pps)

PID PID f

2x (pps) f PID 2x/f (pps)

1200 (pps)PID 50Hz -48 48

7

e(t)

2log

4log

=fx

e

e k Kp Kp

Kp PID

/ Kp 4

8 () 6

101101012 62

210110101

26

4.2.2 Ki

Ki PID

20

Ki
15

() Ki

8

4.2.2 KD

PID

1000pps 1

1/

16 50Hz PID

50Hzms20

1615

1

= 53.3Hz 7

PID