直流电机PWM调速系统中控制电压非线性研究
来源： 作者： 发布时间：2014-12-26 07:16:18 浏览量：3．2 占空比与端电压平均值关系
3．2．1 实验结果
拟合占空比与端电压平均值关系曲线如图4所示。相关系数R-square：0．998 4。拟合曲线方程为：
如图4所示，占空比与端电压平均值满足抛物线方程。运用积分分离的PID算法改变电机端电压平均值，可以大功率电感贴片电感器运用此关系式改变占空比，从而实现了PWM调速。
用示波器分别测出电压的顶端值Utop与底端值Ubase，端电压平均值Uarg满足关系式：
其中：α为占空比。
正是由于所测得的电机端电压底端值Ubase不为0，所以得出的占空比与端电压平均值之间关系曲线为抛物线。若将电机取下，直接测L2工字电感器98的out1与out2输出电压。所测得的电机端电压底端值Ubase约为0，所得的占空比与端电压平均值满足线性关系，即令式(4)中Ubase为0，式(4)变为：
3．2．2 原因分析
将电机取下后，直接测L298的输出端之间的电压，占空比与端电压平均值满足关系式(5)，说明整个硬件电路的设计以及软件编程的正确性。从电机反电势角度分析，当直流电机旋转时，电枢导体切割气隙磁场，在电枢绕组中产生感应电动势。由于感应电动势方向与电流的方向相反，感应电动势也即反电势。直流电机的等效模型如图5所示。图5(a)表示电机工作在电动机状态。图5(b)表示电机工作在发电机状态。
如图5(a)所示，电压平衡方程为：
式中：U为外加电压；Ia为电枢电流；Ra为电枢绕组电阻；2△Ub为一对电刷接触压降，一般取2△Ub为0．5～2 V；Ea为电枢绕组内的感应电动势。电机空载时，电枢电流可忽略不计，即电电感器厂家流Ia为0。空载时的磁场由主磁极的励磁磁动势单独作用产生。给电机外加12 V的额定电压，由(6)可得反电势：
以40％的占空比为例，电机端电压Uab是测量中的电压平均值Uarg，其值为8．34 V，测量中的电压底端值Ubase约为7 V。由式(7)可得Ea的值范围应在6．34～7．84 V。由图5(b)可见，0603贴片电感此时Uab的值是测得的底端值Ubase即电机的电动势Ea为7 V。
当PWM工作在低电平状态，直流电机不会立刻停止，会继续旋转，电枢绕组切割气隙磁场，电机此时工作在发电机状态，产生感应电动势E。
式中：Ce为电机电动势常数；φ为每级磁通量。由于电机空载，所以图5(b)中无法形成回路。用单片机仿真软件Proteus可直观的看出在PWM为低电平状态，电机处于减速状态。低电平持续时间越长，电机减速量越大。正是由于在低电平期间，电机处于减速状态，由式(8)可知，Ce，φ均为不变量，转速n的变化引起E的改变。此时Uab的值等于E的值。电机在低电平期间不断的减速，由于PWM周期较短，本文中取
20 ms，电机在低电平期间转速还未减至0，PWM又变为高电平了。这样，就使测得的Ubase值不为0。以40％的占空比为例，当PWM工作在低电平状态，测得Ubase的值约为7 V。由式(8)可知，当正占扁平型电感空比越大，转速也就越大，同时减速时间越短，感应电势E的值越大。所以Ubase的值也就越大。
4 结语
重点分析了直流电机PWM调速过程中控制电压的非线性，对非线性的影响因素做了详细的分析。由于PWM在低电平期间电压的底端值不为0，导致了占空比与电机端电压平均值之间呈抛物线关系。因此，可用得出的抛物线关系式实现精确调速。本系统的非线性研究可为电机控制中非线性的进一步研究提供依据，在实际运用中，可用于移动机器人、飞行模拟机的精确控制。
二极管的识别技巧和检测方法1.1 作用二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。二极管按用途分为：晶体二极管、双向触发二极管、高频变阻二极管、变容二极管、发二
电梯控制系统CAN通信节点设计 摘 要： 针对电梯控制系统对分布式、实时性和模块化的特点要求，设计了以AT91RM9200微处理器为核心、以MCP2510为CAN控制器的CAN通信节点，从硬件和软件两方面详细叙述了如何进行CAN
变电站综自检测系统概念设计一、变电站综合自动化的历史及现状上世纪八十年代初，中国电网的自动化监控还刚刚开始。自那以后，变电站自动化系统的设备和系统构成模式，大体经历了如下三个阶段：1. RTU ＋ 当地巡检 ＋ 保护装置；2.