四川理工学院毕业设计（论文）
图2-9 H桥式驱动电机逆时针转动
驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。
在高位的晶体管必须是PNP型三极管或者P沟道场效应管；低位的晶体管必须是NPN型三极管或者N沟道型场效应管。
因为高位晶体管可以是PNP管或者P沟道场效应管，条件是驱动电压必须高于它们的集电极电压（0.6V）或者漏极电压（Vp，即开启电压），否则上臂开关管会因为存在压降而降低效率。同样，下位晶体管也可以用NPN管或者N沟道管，条件是驱动电压必须低于地电位。
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第三章 驱动控制方案论证和选择
第三章 驱动控制方案论证和选择
本次设计选用直流电机主要技术参数： 额定功率Pn：2W 额定电压Ue：9V 额定电流Ie：0.16A 额定转速n：4800r/min
3.1稳压电源的选择
根据设计要求，通过比较论证来确定具体方案。
方案一：采用模拟的分立元件，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出+5V、+12V电压。如图3-1所示。 但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响很大，因此所设计的指标不高，而且使用的器件较多，连接复杂，体积较大，供耗也大，给焊接带来了麻烦，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度也受到影响。
图3-1 直流稳压电源基本组成框图
方案二：采用三端集成稳压电源7805、7812，电路简单，输出电压固定。输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。因此本设计采用简单稳定的方案二。
3.2直流电机驱动模块的选择
方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般
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电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电动机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用由三极管组成的H桥型PWM驱动电路。用单片机控制三极管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。
3.3 PWM调速实现方式
（1）PWM调速工作方式
方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。
方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。
由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。 （2）PWM调脉宽方式
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。 （3）PWM软件实现方式
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。
方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。
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第三章 驱动控制方案论证和选择
3.4 PLC实现电机控制
可编程控制器PLC是通用的自动化控制装置，是电机实现自动化、智能化控制的核心控制元件。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，采用模块式组合设计，具有控制功能强，可靠性高、使用灵活方便，易于扩展而且PLC系统开发简单、编程容易、抗干扰能力强、适合在工业环境下工作，故而只要合理设计，降低成本，它将会受到现场技术人员的欢迎。在很多控制系统等重要设备上得到了广泛应用。
在本设计直流电机驱动控制系统设计中，采用PLC作为系统的主控器件。之所以选择用PLC来实现系统的控制思想，是因为PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点。除上述优点外，PLC具有超强的稳定性和长时间连续工作的能力，因而，PLC是为工业生产过程控制化专业设计的控制装置，具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低。
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第四章 直流电机驱动控制系统总体硬件电路设计
系统的总体结构如图4-1所示。包括系统的基本组成电路和各部分之间的主要关系，箭头表示信息的流向。从系统框图可知，本系统基本由四部分组成，分别是PLC可编程控制器部分、PWM信号发生器部分、H桥电机驱动电路部分、光电隔离电路部分，下面分别加以说明。
可编程控制器 PWM信号发生器 光电隔离控制按钮 稳压电源电路 保护电路 直流电机 H桥驱动电路
图4-1 驱动控制系统总体结构框图
4.1稳压电源电路设计
稳压电源电路设计过程，首先根据控制要求进行参数计算、然后进行元器件选择最后进行原理图绘制。
4.1.1 稳压电源电路参数
（1）整流电路参数
22U2?0.9U2 3UO(AV)U?0.92 输出电流平均值：Io(AV)=RLRL输出电压平均值：Uo(AV)=
平均整流电流：ID(AV)=最大反向电压：URM=
IO(AV)2?UO(AV)2RL?0.45U2 RL2U2
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