从零开始之了解电机及其控制（3）桥驱和PWM

引导问题：如何控制电机转动方向？如何控制电机力矩大小？

从动力学角度出发，改变旋转方向即改变施加在上面的扭矩方向即可，

如何改变扭矩呢？根据扭矩公式，我们只能改变电流参数，而电机的扭矩与流经系统的电流成正比，如果电流为负，那么最后的扭矩也为负，如何改变电流呢？最简单的做法就是交换线圈两边的极性即可。

  

因为无刷电机没有物理换向结构，只能通过电控换向，为了方便交换极性，采用H桥驱动，它由四个MOS管开关组成，其中每个MOS管都有体二极管（分析具体驱动时会有作用）。

如果需要驱动电流从左向右流过电机，那么闭合左上和右下的开关。如果需要驱动电流从右向左流过电机，那么闭合右上和左下的开关。此时电压流过电机而产生电流，从而产生扭矩。

 

注意不要闭合同一侧的MOS管，会导致电源短路，从而造成损坏。

如何通过H桥可以调节流过的电流？

上节提到电机的模型，包含电感、电阻、基于反电动势的负载电路，电阻代表系统损耗，电感代表线圈内的能量存储和感应磁场，由于电感的存在，流过系统的电流无法瞬时改变，而电感两端的电压与电流的时间变化率成正比，这就意味着，如果电流发生变化，电感会产生一个电压来抵抗这种变化，如果外部电压为高，突然某一时刻突然变低时，电感会产生与外部电压相同方向的电压，从而使电流无法立即降为零，因此电感电阻电路充当我们施加的电压和流经系统的电流之间的低通滤波器。

于是利用电机中的电流滤波来控制系统中运行的电流，当在线圈上施加电压V时，电流会随着时间的推移在0到最大电流V/R之间变化，如果变化的时间足够快，那么就可以将电流控制在最大范围内的任意值，大家称这种控制方式为PWM脉宽调制信号控制，

PWM信号再任意时刻，要么是高电平，要么是低电平，每个周期的高电平持续时间称为占空比，0%占空比对应是低电平，100%占空比对应的是高电平，50%占空比对应的是周期内一半高电平一半低电平。

 

为了实现实现平滑的电流，PWM的频率一般大于20KHz，因为人耳听到的声波频率为20-20KHz，然后狗可以听到高达50KHz频率的声音，所以，就使用大于50KHz的频率吧。

将PWM用于H桥驱动，那么高定平对应的是开关闭合，低电平对应的是开关断开。

当开关断开时，由于电感特性，电流不能突变，会缓慢减小，最后变为0，于是乎电流将通过体二极管从地流向V+，这个过程称为续流，而续流的路径还有几种不同的路径，这个后面再讨论。

于是乎，我们可以控制电流大小，而电流大小决定扭矩大小，所以可以间接的控制扭矩。

通过H桥驱动和电机的电气动力学，我们可以以特定的扭矩驱动电机正转或反转。