电磁导引车控制算法研究与设计+文献综述(6)
3.1.1 单片机PWM脉冲产生环节
对于本文中使用的飞思卡尔公司出品的MC9S12XS128单片机芯片来说，控制单片机产生的PWM波的主要是PWM通道周期寄存器PWMPERx、PWM通道计数寄存器PWMCNTx、PWM占空比常数寄存器PWMDTY。在PWM波左对齐方式下，当PWM使能后，PWMCNT从0开始对时钟信号递增技术，开始一个输出周期。当计数值与占空比常数寄存器PWMDTY相等时，将触发器置位，而PWMCNT继续计数；当计数值与PWM周期寄存器PWMPER相等时，触发器复位，同时PWMCNT也复位，结束一个输出周期。PWM周期寄存器PWMPER在程序中保持不变，PWM占空比常数寄存器PWMDTY发生变化，就会产生占空比可变的PWM波。
从单片机给定占空比到产生PWM波的过程中，除了PWM波存在一个迟滞时间外，PWM波与占空比的关系为线性关系，即：
（3.1）
其中： ——增益， ——PWM波的迟滞时间。
3.1.2 H桥功率装置
电机驱动H桥示意图如图3.2所示，通过单片机输出PWM波控制H桥的两个桥臂的MOS管的组合通断，就可以改变直流电机两端的电枢电压。控制PWM波的占空比可以控制电机电枢电压的大小，从而控制电机的转速。
图3.2 电机驱动H桥示意图
通过单片机输出的PWM波占空比，对电机电枢电压进行控制，其PWM占空比与电源电压 、电机电枢电压 的关系如图3.3所示。
图3.3 PWM与H桥输出电压关系
由图3.3求平均值可以得到：
（3.2）
一般来说，可以把PWM脉冲产生环节与H桥功率装置并在一起，称为PWM装置环节[42]，用 表示。于是， 的输入为PWM的占空比 ，输出为电机电枢电压 ，
即：
（3.3）
式（3.3）中， ——PWM装置的放大系数， ——PWM装置的延迟时间。
系统输出的PWM波的频率为10kHz。
3.1.3 直流电机
直流电机在额定励磁下的等效电路如图3.4所示[42]。
图3.4 电机的等效电路模型
直流电机的动态数学模型，主要可以由式（3.4）、式（3.5）两个方程建立起来。假定主电路电流连续，则动态电压方程为
（3.4）
忽略粘性摩擦及弹性转矩，直流电机轴上的动力学方程为： ，即：
（3.5）
由式（3.4）、式（3.5）可以得到直流电机的模型，用框图表示如图3.5所示。
图3.5 电机模型框图
在图3.5中，如果不需要在结构图中显现出电流 ，可将扰动量 的综合点前移，再进行等效变换，得到如图3.6的框图。
图3.6 电机模型简化框图
由于系统中的电机电枢回路中的电感 很小， 趋近于零，即 趋近于零，所以可以近似为如下一阶模型，如图3.7所示。
图3.7 电机近似一阶等效模型
3.1.4 测速环节
目前电机转速的测量方法主要有M法、T法、M/T法。系统采用M法对后轮驱动电机进行测速。设电机每转一圈共产生Z个脉冲，由于习惯上，速度环的采样间隔以秒为单位，而转速是以每分钟转数r/min为单位，则电机的转速为 ，即：