华北五省机器人武术擂台赛（无差别）（第三篇：电机、驱动器的原理及选型）

1. 直流电动机的原理以及选型

原理：
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。
当直流电源通过电刷向电枢绕组供电时，电枢表面的N极下导体可以流过相同方向的电流，根据左手定则导体将受到逆时针方向的力矩作用；电枢表面S极下部分导体也流过相同方向的电流，同样根据左手定则导体也将受到逆时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按逆时针旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。由定子和转子组成，定子：基座，主磁极，换向极，电刷装置等；转子（电枢）：电枢铁心，电枢绕组，换向器，转轴和风扇等。
原理图如下：

选型：
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2.直流电动机驱动器的原理以及选型

原理：
目前 ,在直流电机控制系统中 ,普遍采用以单片机或 DSP 作为微处理器的控制系统 , 由于单片机或DSP 控制电机占用端口资源多 、所需周边元器件也较多 ,对整个系统的稳定性和可靠性有较大影响 。可编程控制器作为一种工业控制装置 , 以抗干扰能力强和可靠性高而著称 , 随着可编程控制器的迅速发展 ,其性价比也在不断提高。
直流电机伺服驱动器的主电结构通常采用H桥，调速大都通过PWM方式，其调制方式大致有双极式、单极式和受限单极式三种。不同的PWM方式下电机的运行特性以及主电回路的开关损耗和安全性各有不同。直流电机调速PWM方式选择要依据技术指标要求。通常直流伺服控制系统大多采用双极控制，可以保证电机电流的连续性等要求，从而保证电机的快速响应性;对于调速系统，通常电机工作在较高转速、较大负载下，这时可选择单极式，或受限单极式，使主电路不易出现直通故障，工作可靠性高。同时，不同的PWM方式，桥式电路功率器件的损耗、热平衡及续流回馈也不尽相同。
pwm应用详解
PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

图1显示了三种不同的PWM信号。图1a是一个占空比为10%的PWM输出，即在信号周期中，10％的时间通，其余90％的时间断。图1b和图1c显示的分别是占空比为50%和90%的PWM输出。这三种PWM输出编码的分别是强度为满度值的10%、50%和90%的三种不同模拟信号值。例如，假设供电电源为9V，占空比为10%，则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号。

图2是一个可以使用PWM进行驱动的简单电路。图中使用9V电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms，灯泡在这段时间中将得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开，灯泡得到的供电将为0V。如果在1秒钟内将此过程重复10次，灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V电池(9V的50%)上一样。这种情况下，占空比为50%，调制频率为10Hz。
3、特点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
选型：
淘宝上有比较多关于华北五省武术擂台赛电机驱动器的型号，自己可以查找，我们使用的是德科技术的直流电动机配套的驱动器。如下图：

因水平有限，难免有错误之处，希望指正。谢谢。