嵌入式硬件篇---PWM&电机&舵机

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前言

本文简朴介绍了电机、舵机以及使用PWM来控制电机转速、舵机转动角度等知识

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第一部分:电机

1.按照工作电源分类

直流电机 交流电机

直流电机：使用直流电源的电机
特点：具有良好的启动和调速性能，适用于频繁启动、制动和调速的场所
交流电机：使用交流电源的电机（可分为同步电机、异步电机）
特点：结构简朴、维护方便、服从高，广泛用于工业和家庭电器中
2.按照结构原理分类

同步电机 异步电机 有刷电机 无刷电机

• 同步电机
  定义：同步电机的转速与电源频率成正比，其转子转速与定子旋转磁场同步。
  特点：转速稳定，适用于必要恒速运转的场所，如发电装备和某些工业机器。
  
• 异步电机
  定义：异步电机的转速低于旋转磁场的同步转速，转子与定子磁场之间存在相对运动。
  特点：结构简朴，成本低，广泛应用于各种中小型机器装备。
  
• 有刷电机
  定义：有刷电机是指电机内部有换向器和电刷的电机。
  特点：成本低，控制简朴，但电刷和换向器易磨损，维护需求较高。
  
• 无刷电机
  定义：无刷电机去掉了换向器和电刷，采用电子换向。
  特点：服从高，寿命长，维护少，但控制电路较为复杂。
  

3.按照电机的使用目的

驱动电机 执行电机 直驱电机

• 驱动电机
  定义：驱动电机主要用于提供持续的动力输出。
  应用：
  减速电机：用于大型装备和机构，通过减速增扭，提供较大的输出转矩。
  调速电机：用于小型装备和机构，能够根据必要调解转速。
  
• 执行电机
  定义：执行电机用于准确的位置和速率控制，通常必要高精度的反馈系统。
  应用：
  步进电机：适用于不必要高精度位置控制的应用，如打印机、雕刻机。
  伺服电机：带有编码器反馈，适用于必要高精度位置、速率控制的应用，如呆板人、数控机床。
  
• 直驱电机
  定义：直驱电机直接与负载连接，无需传动机构，减少了能量损失和噪音。
  应用：
  DD电机（直接驱动电机）：用于精密定位和高速运动控制，如硬盘驱动器。
  直线电机：将旋转运动转换为直线运动，用于高速、高精度直线运动控制，如磁悬浮列车、直线电机驱动平台。
  

编码器

编码器：来实现电机转速的反馈
额外小知识:

• 有些装备的工作与否，不但仅取决于电流的巨细还取决于电流的方向
  
• 通电导体产生磁性，形成电磁铁
  
• 旋转的力矩成为扭矩，扭矩越大转速越快，增加电磁铁的磁力可以增加扭矩，增加线圈的数量可以增加电磁铁的磁力大概增加电流强度
  
• 直流电机一样平常必要几百毫安的电流，但是GPIO口一样平常只能提供几毫安的电流。电机转动另有反电动势，如果进入芯片中会烧坏芯片通常使用电机驱动芯片来控制电机转动
  
• 通过电机驱动芯片可以实现，电机正转、反转、刹车、滑行状态
  
• 电机驱动芯片PWM控制电机转速的实现，存在控制低电平、高电平两种，区别在于控制低电平的占比（制动快）、控制高电平的占比（制动慢）
  

第二部分：PWM

pwm：脉冲宽度调制
1.实质

利用微处理器的数字输出对模仿电路的波形输出举行控制
2.面积等效原理

冲量相称，形状不同的窄脉冲，加载具有惯性的环节上，其效果基本相同
（面积的含义：电压与时间的乘积）（实现方波i与正弦波等效）
占空比：PWM波一个周期内高电平占比
面积等效原理的应用：输出即是输入乘以占空比（高电平电压保持不变，通过调解占空比，实现输出电压不同）
3.实例

直流有刷电机的控制：通过改变电机的正负极实现正转、反转
通过PWM来控制电压进而控制直流有刷电机的转速（由于直流电机，通的电压越大，转速越快）
工程上通过H桥电路来控制电机转动（通过MOS管的通断来实现电机的正转反转）
舵机

舵机按转动角度分

1.小角度舵机（0-90°）

2.中角度舵机（0-180°）

3. 大角度舵机（0-360°）

舵机按控制方式分

1.数字舵机

只必要发送一次控制信号，就可以使舵机固定到相应的角度
2.模仿舵机

必要不断地发送pwm信号来使其固定到相应的角度
留意：
使用舵机时先举行舵机分类，查询确定要求的PWM周期巨细以及驱动原理
单片机程序语句执行速率远快于舵机转动，所以必要恰当的耽误函数，避免舵机损坏

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简朴介绍了电机、舵机以及使用PWM来控制电机转速、舵机转动角度等知识

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