摘要：在规划中运用MSP430F169单片机供给操控电机需求的PWM信号，通过电机驱动芯片MSK4226完成直流电机的四象限作业;驱动芯片上的电流丈量环节确保电机运动中不发生堵转;最终比较了电机直接发动与四象限操控中的呼应速度与到达稳态的时刻。
0 导言
本文首要介绍了一种直流电机的四象限操控器。操控器以单片机MSP430F169作为操控中心，使用单片机的PWM功用，可发生多通道占空比可调的PWM信号;PWM信号通过电机驱动芯片MSK4226将电机两头的电压调制成频率必定、宽度可变的脉冲电压序列，操控电机转速与转向;单片机实时监测驱动芯片上的电机电流，发生过流时采纳维护;在文章的最终比较了电机四象限操控与单像操控，总结出了四象限操控的优缺点。
1 操控原理及办法
1.1 PWM操控原理
直流电动具有惯性环节，直流电机的数学模型相当于一个电阻和电感串联而成，而冲量持平而形状不同的窄脉_加在具有惯性的环节上时，其效果根本相同。冲量指窄脉_的面积，效果根本相同是指环节的输出呼应波形根本相同。
PWM(脉冲宽度调制)操控通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地取得所需求的波形(含形状和幅值)。
PWM调速是使用PWM调制的办法，将稳定的直流电源电压调制成频率必定、宽度可变的脉冲电压序列，根据冲量相同的准则来改动均匀输出电压的巨细，以调理电机的转速。
1.2 四象限操控
电机的单象限操控只能作业在电动作业状况下，能量只能单向活动。而电机的四象限操控电机能作业在电动与发电状况下，能量可双向活动。电机的四象限运动别离为正向电动、回馈发电制动、反接制动、反向电动状况。如图1所示，以电机的转速为纵坐标，以转矩为横坐标树立的直角坐标系描绘的电机四种作业状况。
为了完成电机在四象限内作业和切换，选用了双极式PWM变换器。双极式PWM变换器调理占空比来操控能量的活动巨细与方向，占空比> 50%，50%或等于50%别离完成I象限、II象限、III和Ⅳ象限电机运动。
2 操控体系
硬件操控体系首要包含中心操控器、电机驱动模块及电机过流维护模块。
2.1 PWM信号的发生
操控体系中，中心操控器选用TI公司出产的MSP430F169单片机，该单片机具有两个16位定时器A和B，使用定时器的捕获、比较功用完成PWM信号发生。
本文中需求两路频率在1～2kHZ之间、占空比可调的PWM信号。首要挑选定时器A的时钟为辅佐时钟并铲除定时器，辅佐时钟频率为32.76 8kHz;在定时器的捕获\比较寄存器0中调整PWM信号的周期;在获\比较寄存器1与2的值可别离调整两路PWM信号的占空比;作业形式设置为PWM复位\置位形式;计数器为增计数形式;设置端口P1.2、P1.3为PWM输出端口。
2.2 电机驱动模块
本规划中PWM信号的功率扩大首要通过功率模块MSK4226完成。MSK4226内部集成了功率场效应管H桥，H桥自举驱动与操控电路。H桥场效应管具有低的导通电阻(典型值0.013 Ω)，最大75V的电源母线电压，20A接连电流，可满意体系功率要求。H桥自举驱动与操控电路包含H桥高低端场效应管驱动、死区时刻发生、直通维护及H桥关断等电路。
2.3 操控电路
在本体系的双极性PWM形式下，V1、V4开关管操控端AHI与BLI并联，V2、V2开关管操控端ALI和BHI并联;MSP430F169单片机的端口P1.2 P1.3发生的两路PWM信号操控这两个并联端。来自单片机的关断信号接入驱动芯片的关断使能端DIS。功率肖特基二极管D1～D4别离反向并接在V1～V4上，当负载向电源反应能量时起维护功率管的效果，其反向耐电压应大于电源电压，反向恢复时刻10ns左右。电阻R1与%&&&&&%C1构成缓冲网络，用于按捺尖峰电压。关于某些理性负载，或许导致MSK4226近似100ns数安培的直通现象。反向并接RSENSEA与地之间，RSENSEB与地之间的功率肖特基二极管用于按捺这种现象。
2.4 过流维护模块
如图2所示，在MSK4226的RSENSEA与RSENSEB引脚对地接0.01 Ω无感电阻，电机电流流过电阻，在电阻两头电流取样。取样的电压值通过运算扩大器扩大后，AD采样后传输给单片机作为判别电机是否堵转的根据。
3 电机四象限操控
3.1 第I象限作业-正转电动作业操控
在AHI与BLI、ALI和BHI并联的操控端输入3.3～5V、开关频率小于200kHz的逻辑电平信号，两路信号的频率相同，相位相反。
当AHI与BLI端口输入信号的占空比50%，而ALI和BHI端口信号的占空比>50%时，MSK4226模块的OUTA端口的电压大于OUTB端口，电机正向滚动。AHI与BLI端口信号占空比为零，ALI和BHI端口信号占空比为100%时到达正向滚动最大速度。如图为AHI与BLI端信号占空比30%，AHI与BLI端信号占空比70%的操控波形图3。
3.2 第II、IV象限作业-电机制动操控
当AHI与BLI、ALI和BHI端口输入信号的占空比都为50%时，OUTA和OUTB端口输出电压占空比为50%，电机处于制动状况，电机停转。制动状况不等于停机，此刻电枢两头的瞬时电压和瞬时电流都不为零，而是交变的。操控电机停机可使能驱动模块的DIS引脚。
3.3 第III象限作业-正转电动作业操控
AHI与BLI端口输入信号的占空比>50%，而ALI和BHI端口信号的占空比50%时，MSK4226模块的OUTB端口的电压大于OUTA端口，电机负向滚动。AHI与BLI端口信号占空比为100%，ALI和BHI端口信号占空比为零时到达负向滚动最大速度。
4 结束语
文章中使用MSK4226模块到达直流电机四象限运动操控。在电机的四象限操控中电机制动时，电机处于高频振荡，起着“动力光滑”的效果，消除正反向发动时的静摩擦死区，所以电机发动、作业过程中电流比较接连、发动时刻短、呼应速度快。
