直流有刷电机的驱动方法本质上是使用 H 桥电路进行驱动。
无刷电机也是使用
H
桥电路进行驱动的,只不过是电机的每一相都用一个半桥电路驱动,一个
三相无刷电机总共需要三个半桥,而不像直流有刷电机驱动那种使用全桥电路。
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作,必须接入专用的驱动器才能正常使用
伺服电机驱动器(
servo drives),是一种用来驱动和控制伺服电机的控制器,伺服电机驱动器接收和放大来自控制系统的命令信号,并将电流传输给伺服电机,以产生与命令信号成比例的运动。
这些命令信号通常对伺服电机的位置、速度和力矩等参数进行控制, 实现高精度的传动系统定位。。附在伺服电机上的传感器将电机的实际状态反馈给伺服驱动器,驱动器将实际电机状态与来自控制系统的命令状态进行比较。然后驱动器改变传给电机的电压、频率或脉冲宽度,以纠正任何偏离命令的状态。
电压控制,通过改变电 压的大小来改变电机的特性;
电流控制,控制两块磁铁的磁性是也能控制电机转动。
电流校准
必须注意的是,在硬件设计中,并不是以
0v
为起始电压而是加了
1.24v
的偏置,具体看图
差分
转单端输出结果
中的
V
1.24
。所以我们程序中,使用
flflag,在开发板上电后电机没有启动时,就先 采集
17
次偏置电压数据
(
实测中采集
17 次后的偏执电压较为准确,这个次数和电路达到稳定状 态的时间有关
)
,然后将偏置电压保存起来,这里使用
static
定义
adc_offffset。最后在每次获取电流 值计算时,都会将偏置电压减去,保证数据是正确的。
ADC_AnalogWDGConfTypeDef
ADC
模拟看门狗
配置好了
ADC 模拟看门狗的溢出上下 限,使能中断,我们就可以使用
ADC 模拟看门狗外设对电路电压进行异常检测了。当电路异常 时,看门狗会触发中断回调,
模拟舵机
内部的控制驱动电路板从外界接收控制信号,经过处理后变为一个直流偏置电压,在控制板内部
有一个基准电压,这个基准电压由电位器产生并反馈到控制板。将外部获得的直流偏置电压与电
位器的电压进行比较获得电压差,并输出到电机驱动芯片驱动电机,电压差的正负决定电机的正
反转,大小决定旋转的角度,电压差为
0
时,电机停止转动。大致原理框图如下图所示。
将工业伺服电机的三闭环控制简化成了只有一个位置闭环。舵机这个名字是国内 起的一种俗称,本质上属于伺服电机。
舵机的控制通常采用
PWM
信号,例如需要一个周期为
20ms
的脉冲宽度调制(
PWM
),脉冲宽
度部分一般为
0.5ms-2.5ms
范围内的角度控制脉冲部分,总间隔为
2ms
。当脉冲宽度为
1.5ms 时, 舵机旋转至中间角度,大于
1.5ms
时舵机旋转角度增大,小于
1.5ms
时舵机旋转角度减小。
0.5ms 对应 0 度,2.5ms 对应最大旋转角度,脉冲宽度与旋转角度也是线性关系。
步进电机
图中的通电顺序为:A- >AB->B->BC->C->CD->D->DA
转子每次只走半步
45 度,所以这也被称为半步驱动,与整步相比 半步的旋转方式旋转起来更加的顺滑。
相数:产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数
拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用
n 表示。有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
步距角:一个脉冲信号所对应的电机转动的角度
定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的)。
静转矩:电机在额定静态电压作用下,电机不作旋转运动时,电机转轴的锁定力矩。此力 矩是衡量电机体积的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。
步距角精度:步进电机转动一个步距角度的理论值与实际值的误差。
失步:电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。也可以叫做丢步,一般都是因负载 太大或者是频率过快。
• 失调角:转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失调角产生的误 差,采用细分驱动是不能解决的。
•
最大空载起动频率:在不加负载的情况下,能够直接起动的最大频率。
•
最大空载的运行频率:电机不带负载的最高转速频率。
• 运行转矩特性:电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流(而非静态电流),平均电流 越大,电机输出力矩越大,即电机的频率特性越硬。
•
电机正反转控制:通过改变通电顺序而改变电机的正反转。
无刷电机基本必须通过无刷控制器才能实现连续不断的运转。
实际转速
=KV
值
* 工作电压。KV
的物理意义,就是在
1V 工作电压下每分钟的转速。电机的转速会随着电压上升而线性上升
三相星形联结的二二导通方式。
想要转子转动就需要接入不同的电压,每次电压的变化称 为换相。
三相六臂全桥驱动电路。
我们并不知道第一步应该导通哪两个 MOS 管,所以这里我们需要知道转子 的位置信息。但并不需要连续的位置信息,只需要知道换相点的位置即可。获取转子位置一般有 两种方法,一种是使用传感器,一种是不使用传感器。这里以霍尔传感器举例子。
在对
MOS
管的控制有中两个特殊情况需要注意一下:
1.
当按真值表中对应霍尔值导通
MOS
管后,就保持导通状态不变时,此时电机就会旋转到对
应位置保持不变,此时电路中的电能将只能转换为热能,不能转换为机械能,而我们的电
机绕组时候的是漆包铜线,其内阻非常的小,电流就会非常的大,这将会产生大量的热而
导致电源或者电机被烧毁。(要一直转)
2.
在上面的三相六臂全桥驱动电路原理图中如果同时导通
Q
1
和
Q
2
,或者导通
Q
3
和
Q
4
,或
者导通
Q
5
和
Q
6
,只要导通以上对应的两个
MOS
管,都会导致电路中的电机不能正常工
作,而
MOS
管直接将电源的正负极接通,这无疑将会烧毁电源或者
MOS
管。(短路)