第五章 电机转速控制模块的设计
5.1电机驱动电路的选择
通过电机驱动模块，控制驱动电机两端的电压可以加速或制动模型车。驱动电路可以使用集成电机驱动芯片。本次大赛组委提供了两片驱动芯片，型号是MC33886。可以用其来驱动电机，简化电路的设计。如果想要更大的驱动电流，可以将两片MC33886并联起来使用。其电路图如图5.1所示。
图5.1 基于MC33886的电机驱动电路
为了进一步提高电机的驱动能力，我们选择了大功率MOS管组成电机驱动电路，由于大功率MOS管导通内阻小，允许大电流通过，可以提供更大的瞬间加速电流。图5.2给出了使用MOS管的电机驱动电路。其中VS为电池电压。PWM1连接到S12的PP1口，用来输出PWM脉冲到电机驱动电路，用以控制电机的转速。BR接到PP5，主要用来控制电机驱动进入刹车或调速状态。当BR＝1时，两个三极管8050均导通，经过MOS管驱动器后，Q1截止，Q2截止，电机进入刹车状态；当BR＝0时，Q1导通，Q2受PWM1的控制，此时电机进入PWM调速控制状态。
图5.2 MOS管构成的电机驱动电路
5.2电机转速控制原理
当电机进入PWM转速控制状态时，其电路可以简化为图5.3所示，输入输出的电压波形如图5.4所示。当Ui输入为高电平时，开关管MOSFET的栅极输入为高电平，开关管导通，直流电机电枢绕组两端有电压Us。t1秒后，Ui为低电平，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机两端的电压为0。T2秒后，栅极输入重新变成高电平，开关管动作重复前面的过程。这样对应着输入电平的高低，直流电机电枢线组两端的电压波形如图5.4所示，则电机电枢绕组两端的电压平均值为U0=(t1Us+0)/(t1+t2)=t1Us/T=αUs,其中α＝t1/T为占空比，表示一个周期T里，开关管导通时间与周期的比值，α的变化范围为0≦α≦1。因此可知当电源电压Us不变的情况下，改变α的值就可以改变电枢两端电压的平均值，从而达到调速的目的。
图5.3 PWM调速控制原理图
图5.4 PWM调速控制输入输出电压
在PWM调速时，占空比α是一个重要参数，有三种方式可以改变占空比值。
（1）定宽调频法
这种方法是保持t1不变，只改变t2的值，这样周期T或频率随之发生改变。
（2）调宽调频法
这种方法是保持t2不变，只改变t1的值，这样周期T或频率随之发生改变。
（3）定频调宽法
这种方法是周期T或频率保持不变，而同时改变t1和t2。
前面两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期或频率，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时会引起振荡，因此在智能车系统中采用了定频调宽法，PWM波的频率固定为16KHz，而α根据速度变化自动调节。
