机器人控制器编程实践指导书旧版-实践三 直流电机（执行器）

适用于UNO/2560/DUE/ESP8266/ESP32，2021年之前使用版本。

3.1 实践目的

• 掌握Arduino[ESP32]对直流电机控制的软硬件测试。

3.2 实践设备

• PC机一台
• Arduino[ESP32]开发板及配件等
• 万用表和示波器等

3.3 实践原理

• 初级：无
• 中级：按键控制电机起停、正反转。

示意图

原理图

• 高级（ROS选修）：

使用电脑键盘按键控制直流电机转速。

3.4 实践内容

阅读3.3中示意图、原理图和代码，在Arduino[ESP32]平台上完成实践。

3.5 实践问题

3.5.1 直流电机转速如何调节？

调整电枢电压，通过改变电枢电压来改变速度，属于恒转矩速度调节方法，但是这种调速严重影响电机力矩，所以很少用；

改变电动机的主磁通量会减弱磁通量，并使电动机从额定速度向上改变速度，属恒功率调速方法，动态相应比较慢，尽管可以无级平滑地调整速度，但调速范围很小；

改变电枢电路的电阻R，并连接电动机电枢的电阻来调节速度，这只能一步一步地调节速度，平滑度差，机械特性软，效率比较低下。；

PWM调速，20hz以上的频率，调整脉宽，达到调速的目的。

3.5.2 直流电机转速如何精确控制？

对直流电机的调速主要是依靠提高线圈的电流,也可以提高电压来提速,但很容易烧毁电动机；

使用直流调速器控制调整转速；

基于模糊PID的直流力矩电机转速控制。 在分析模糊控制和PID控制结合方式的基础上,设计一个二维模糊PID控制算法,该算法根据误差信号是否达到阈值来决定何时在模糊控制与PID控制之间切换.采用编码器、80196KC单片机、16位D/A转换器和直流力矩电并结合上述控制算法构成直流力矩电机的模糊PID稳速控制系统.通过对标准PID和模糊PID实测数据分析比较说明,模糊PID控制可以达到无超调输出,其调节时间小于标准PID控制的调节时间,稳态误差小于万分之四.

3.6 实践总结

回顾本次实践，遇到哪些问题，如何解决，经验和启发有哪些？

施加PWM信号来控制直流电机的速度。速度将与占空比成正比。要将PWM与ESP32一起使用，需要首先设置PWM信号属性。

要控制直流电动机的速度，需要更改PWM信号占空比。为此，可以使用ledcWrite()函数，该函数接受生成信号的PWM通道(而不是输出GPIO)和占空比的参数。