作者：hanker 來源：嵌入之夢
http://www.embedream.com/bjzm/2011-09-22/126.html
在製作智能小車的圈子中，“PWM調速”應該是十分耳熟的一句話，可仔細推敲，這句話對嗎？
也許有人說：我知道不準確，但意思明白，只是表述問題。
可在我和學生們的交流中，發現有不少人被這句話誤導了，他們常問我：爲何用同樣的PWM驅動電機，可速度每次不一樣？或者是爲何同樣 PWM 兩個電機轉速不一樣？
所以，我在此將此問題系統整理一下，供大家參考。
因爲在智能小車中，直流有刷電機是主要的動力源，而直流電機改變速度的方式應該是改變供給電機的電壓，使供給電機的功率變化，從而改變速度。
但改變電壓比較麻煩，所以就產生了利用斷續供電的方式改變供給電機的平均功率，同樣實現改變速度的目的。因爲開關電路比模擬電路控制方便，且效率高，所以基本取代了改變電壓的方式。這種斷續供電的方式就稱爲“PWM —— 脈衝寬度調製”。
PWM 改變功率的方式是通過改變佔空比，也就是供電時間和斷電時間之比，幅值不變。
注：由於 PWM 頻率的不同，以及電機感性負載的變化，頻率較高時由於電機的積分作用，相當於改變了電壓，類似於PWM方式的DA。此處不做深入討論。
所以，從以上描述看：PWM 應該是調功，而非調速，只能說由於功率變化，有可能改變速度，是改變速度的手段！
何謂調速？就是將轉速調整到所需的數值。
按此定義，PWM不能算是調速。
從最基本的運動學考慮：
F – f = ma
F 爲驅動力，f 爲阻力，只有兩者相等，加速度才爲零，速度纔不會變化。
假設 F 由 PWM 決定，但 f 無法確定，不同的電機、不同的減速箱、 不同的轉速都回使 f 變化，所以無法保證每次的 f 相同，那自然同樣的 PWM 得不到同樣的速度。
此外，從PWM輸出的功率分析，因爲電機通常電流較大，特別是啓動電流很大，一般不用穩壓電路，直接使用電池供電。而電池的電壓是隨電量消耗而變化的，且由於內阻因素，還隨着電流變化而變化。所以即便是同樣的PWM，由於幅值不同，輸出的功率也不相同，產生的驅動力
F 自然不同，這也將導致速度的不同。
最後一點，直流電機的原理決定，在其額定電壓下，最快轉速就是其空載速度，這個是確定的，當其負載很輕時，略加驅動功率就達到了其最快速度，此時再提高PWM也無法改變速度了，應爲PWM的改變不會提升電壓，所以當電機負載很輕時，PWM連改變速度的能力也大爲減弱。所以，有時爲了讓PWM改變速度的效果明顯些，還刻意增加阻力。
綜上所述：
準確的表述應該是：PWM調功！
如果要實現調速，必須使用閉環控制，即通過檢測轉速與設定值的偏差，改變供給電機的功率，以保證偏差爲零，從而實現調速。這樣才能消除上述阻力改變帶來的影響。
而閉環控制的前提是測速，最簡單的是通過電機軸上的碼盤或車輪上的碼盤檢測，但這都需要在結構上增加檢測裝置。
還可以利用直流電機的原理以及 PWM 調速的特徵（斷續供電），測量電機在斷電時慣性運動產生的電勢，計算轉速，此方式稱爲 EMF ，其優點在於不用增加結構上的裝置。
2011年9月22日星期四
