PWM占空比和电机转速有什么线性关系

本文介绍了通过PWM信号控制电机转速的基本原理。利用PWM波形的占空比调整电机两端的有效电压,进而控制有刷直流电机的速度。文中详细解释了电机两端电压与驱动板供电电压之间的关系,并给出了电机稳态运行时电枢回路电流与负载力矩的比例关系。

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可以看电机拖动一书,里面讲了电机的建模。
由于PWM波频率很高,一般认为接在电机两端的电压平均值有如下关系:
假如占空比为a,驱动板供电电压为U,则电机两端电压Ud=a*U。
对于有刷直流电机,其电刷两端电压Ud=Id*R+Ce*n
Id是电枢回路电流,R是电枢回路电阻,Ce是电磁时间常数,n是电机的转速。
其中电枢回路电流与电机负载力矩有如下关系:
Te=Ct*Id;
式中的Ct为力矩系数,也就是说在静态时,电机电枢回路电流与负载力矩成正比。
这样就可以看出,占空比越大,在负载一定时,转速越快。以上分析的是电机的稳态,动态过程可以看书。
### 转速占空比电机转速的影响及计算方法 #### 占空比电机转速关系 PWM信号的占空比直接影响到施加在电机上的平均电压,而这个平均电压决定了电机转速。具体来说,较高的占空比意味着更长时间处于高电平状态,这使得电机获得更高的有效电压,进而提高其转速[^2]。 #### 计算公式 假设PWM波形周期为T秒,其中高电平持续时间为t_on,则占空比D可表示如下: \[ D = \frac{t_{on}}{T} \] 如果已知最大可能转速\(N_{max}\)对应于100%占空比的情况,实际转速\(N\)可以通过下面的比例关系得出: \[ N = N_{max} \times D \] 这里需要注意的是,在理想条件下上述比例成立;然而现实中由于负载变化等因素影响,可能存在偏差[^4]。 对于具体的寄存器配置而言,比如在一个基于定时器实现的PWM生成机制里,通过调整捕获/比较寄存器(CCR)里的值可以改变占空比。例如设定合适的CCR数值让计数器到达该值时切换输出状态,从而形成所需宽度的脉冲[^2]。 ```python def calculate_speed(duty_cycle, max_speed): """ Calculate motor speed based on duty cycle and maximum possible speed. Args: duty_cycle (float): Duty cycle as a fraction between 0 and 1. max_speed (int): Maximum achievable speed of the motor. Returns: int: Calculated motor speed according to given parameters. """ return round(max_speed * duty_cycle) # Example usage with hypothetical values duty_ratio = 0.75 # 75% maximum_motor_speed_rpm = 3000 calculated_speed = calculate_speed(duty_ratio, maximum_motor_speed_rpm) print(f"Calculated Speed at {duty_ratio*100}% Duty Cycle is {calculated_speed} RPM.") ``` 以上代码片段展示了如何依据指定的占空比以及预设的最大速度来估算当前运行条件下的电机转速。 #### 实际应用注意事项 尽管理论模型简单明了,但在真实世界的应用场景中还需考虑诸如启动惯量、摩擦力矩以及其他动态响应特性等额外因素可能会干扰最终效果。因此,在设计控制系统时往往还需要引入闭环反馈环节以便精确调控目标参数[^4]。 问题
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