阅读说明：本技术 一种直流永磁有刷电机恒速控制方法 (Constant-speed control method for direct-current permanent magnet brush motor ) 是由 杨京华 钱俊华 涂有波 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种直流永磁有刷电机恒速控制方法,包括单片机和电机,所述电机的正极连接有开关管、驱动模块和电压采样模块,所述开关管连接所述驱动模块,所述驱动模块和所述电压采样模块均与所述单片机连接,所述单片机连接面板电位器,所述单片机内部设置有PWM模块和A/D模块；该方法使用所述单片机产生PWM并利用PWM死区时间对所述电机的电压进行采样,经所述A/D模块转换后与所述面板电位器的给定值进行比较,经所述单片机内部程序计算后,控制所述电机恒速运转。利用PWM的死区时间对电机电压进行采样,避免传统反馈信号中有驱动电压的成分；可以在很宽的速度范围内实现电机恒速运转,低速状态下的效果尤其出色。(The invention relates to a constant speed control method of a direct current permanent magnet brush motor, which comprises a single chip microcomputer and a motor, wherein the positive electrode of the motor is connected with a switch tube, a driving module and a voltage sampling module, the switch tube is connected with the driving module, the driving module and the voltage sampling module are both connected with the single chip microcomputer, the single chip microcomputer is connected with a panel potentiometer, and a PWM (pulse width modulation) module and an A/D (analog/digital) module are arranged in the single chip microcomputer; the method uses the single chip microcomputer to generate PWM, utilizes PWM dead time to sample the voltage of the motor, compares the voltage with a given value of the panel potentiometer after being converted by the A/D module, and controls the motor to run at a constant speed after being calculated by an internal program of the single chip microcomputer. The dead time of PWM is utilized to sample the motor voltage, so that the component of driving voltage in the traditional feedback signal is avoided; the motor can be operated at a constant speed in a wide speed range, and the effect in a low-speed state is particularly excellent.)

一种直流永磁有刷电机恒速控制方法

技术领域

本发明涉及电机的驱动与控制领域，具体是一种直流永磁有刷电机恒速控制方法。

背景技术

直流永磁有刷电机是一种广泛使用的电机，其结构简单、体积小、效率高、使用方便、价格低廉。众所周知，对于直流永磁有刷电机而言，在其随惯性运转时，就相当于是一个发电机，在其结构常数K一定的情况下，发电的电压与电机转速成一定的比例关系。在对转速恒定有要求的场合，一般会在控制电路中引入电机电压反馈，但是这个电压信号的采样点是与电机的驱动电压在一起的，单纯地引入这个信号作为转速反馈是不合理的，所以，这种电机恒速控制方法的效果不是很理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述问题，本发明提供一种直流永磁有刷电机恒速控制方法，利用PWM的死区时间对电机电压进行采样，可以在很宽的速度范围内实现恒速运转，低速状态下的效果尤其出色。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供的一种直流永磁有刷电机恒速控制方法，包括单片机U1和电机，所述电机的正极连接有开关管、驱动模块和电压采样模块，所述开关管连接所述驱动模块，所述驱动模块和所述电压采样模块均与所述单片机U1连接，所述单片机U1连接面板电位器RP1，所述单片机U1内部设置有PWM模块和A/D模块；该方法使用所述单片机U1产生PWM并利用PWM死区时间对所述电机的电压进行采样，经所述A/D模块转换后与所述面板电位器RP1的给定值进行比较，经所述单片机U1内部程序计算后，控制所述电机恒速运转。

工作原理：采用PWM方式来控制直流永磁有刷电机，为了能采样所述电机的电压信号，所述开关管连接在所述电机的正极，同时也在所述电机的正极采样电压信号。只有当所述单片机U1检测到PWM占空比结束时产生中断信号给所述开关管使得所述开关管中断，所述单片机U1才读取反馈电压信号。这时的反馈信号真实地反映了此时所述电机的转速，用这个信号与给定信号进行比较计算，控制PWM的占空比，这样就可以很好地控制所述电机进行恒速运转。

进一步，所述PWM模块的周期与所述A/D模块的转换周期相等，保证了采样时间点的准确；所述PWM模块的PWM死区时间大于所述A/D模块的转换周期，保证采样数据的准确。

进一步，所述电机的负极连接毫欧级的采样电阻R5，所述采样电阻R5接地；所述采样电阻R5不仅可以用来进行所述电机的电流采样，而且限制所述电机的电流最大值。

本发明的有益效果：本发明提供的一种直流永磁有刷电机恒速控制方法，利用PWM的死区时间对电机电压进行采样，避免传统反馈信号中有驱动电压的成分；这种控制方法可以在很宽的速度范围内实现电机恒速运转，低速状态下的效果尤其出色；目前，这种控制方法已大量应用于氩弧焊送丝电机的控制，取得了很好的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明的采样点与PWM的关系图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明提供的一种直流永磁有刷电机恒速控制方法，包括单片机U1和电机，所述单片机U1为8位中档单片机，不妨选择51系列，其型号不妨为STC89C52RC；所述电机的正极连接有开关管、驱动模块和电压采样模块，所述开关管连接所述驱动模块，所述驱动模块和所述电压采样模块均与所述单片机U1连接，所述电压采样模块为R2、R3对电机电压进行分压，经C4滤波后进入所述单片机U1；所述单片机U1连接面板电位器RP1，所述单片机U1内部设置有PWM模块和A/D模块；该方法使用所述单片机U1产生PWM并利用PWM死区时间对所述电机的电压进行采样，经所述A/D模块转换后与所述面板电位器RP1的给定值进行比较，经所述单片机U1内部程序计算后，控制所述电机恒速运转。

所述单片机U1的运行分为主函数部分和中断函数部分，其中主函数的工作步骤如下：

S1、初始化，在这一步骤中，除了通常的GPIO设置以外，最重要的是PWM设置、A/D设置和中断设置，PWM设置时，频率不宜太高，取1K至2K即可，要设定最大占空比不大于90％，以留出足够的死区时间执行反馈采样程序；A/D设置时，转换速度要足够快，能在10％的PWM周期内执行完整个转换过程。中断设置两个中断源：定时器溢出中断和PWM占空比结束中断。其中，定时器溢出中断周期与PWM周期相同，初始化完成后，这两个周期定时器同时清零以实现反馈采样的同步。

S2、外部信号的检测与更新，在这一步骤中，单片机不断地从所述面板电位器RP1中读取给定电压值，保存备用。如果根据不同的工况还要检测其它外部信号，例如：启动/停止信号、过热保护信号、供电异常信号等等，也可以在此步骤中完成。

S3、数据的比较与计算，在这一步骤中，单片机对采集到的电流、电压信号进行分析计算，具体方法为：当电流小于5A时(这个数据是针对氩弧焊送丝电机而言的，若是用在其它场合，视不同的工况而定)，忽略电流信号。若电流大于5A时，则减小PWM占空比，减小的方式可以用常规的PID算法，也可以简单的每个周期等差递减，例如：一次递减全脉宽的5％或10％。

对于电压的比较计算只有在电流小于5A时才进行，将采集到的反馈电压与给定电压进行比较，若给定电压大于反馈电压，则增大PWM占空比；反之，则减小占空比。增大或减小的方式用等差递减法比较好，这种算法比PID更能保持电机的稳定运转。

S4、执行计算结果，在这一步骤中，单片机用步骤3中所计算得到的新的PWM占空比数据去更新老的数据，然后装入PWM的占空比寄存器中，在下一周期执行新的占空比。

在中断函数中单片机的工作是采样电压和电流的反馈信号，采样点与PWM的关系见图2。定时器溢出的中断源指向电流采样函数；而PWM占空比结束的中断源则指向电压采样函数。这样可以保证电流采样得到电流的峰值，而电压采样可以得到单纯的电机转速信号。这两个采样函数大体相同，开头都会有一个延时程序，对于电流采样来说，这个延时能让电流有足够的上升时间；对于电压采样来说，这个延时可以避开电机的续流电流，使采样更准确。采样函数的主体是一个A/D转换函数，这个是一个标准函数。

如图2所示，所述PWM模块的周期与所述A/D模块的转换周期相等，保证了采样时间点的准确；所述PWM模块的PWM死区时间大于所述A/D模块的转换周期，保证采样数据的准确。

如图1所示，所述电机的负极连接毫欧级的采样电阻R5，所述采样电阻R5接地；所述采样电阻R5不仅可以用来进行所述电机的电流采样，而且限制所述电机的电流最大值。

本发明提供的一种直流永磁有刷电机恒速控制方法，利用PWM的死区时间对电机电压进行采样，避免传统反馈信号中有驱动电压的成分；这种控制方法可以在很宽的速度范围内实现电机恒速运转，低速状态下的效果尤其出色；目前，这种控制方法已大量应用于氩弧焊送丝电机的控制，取得了很好的效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。