"该资源是一个关于步进电机应用于平衡小车的PPT教程,适合初学者。内容包括步进电机的缺点、在平衡小车上的应用、与直流电机的控制差异,以及步进电机控制与LV8731V驱动器的介绍。"
在智能车的制作中,步进电机是一个关键组件,尤其是在平衡小车的设计中。步进电机有其独特的特性,但也存在一些明显的缺点。例如,在低速运转时,步进电机可能会产生较大的振动和噪声,同时,随着转速的增加,其输出力矩会逐渐下降。此外,步进电机启动时的频率不宜过高,否则可能导致电机阻塞并伴有噪音。速度的突然变化可能导致步进电机出现丢步或过冲的问题,而且它的最高运动速度相对较低,高速转动时输出的力矩也较小。由于步进电机通常采用开环控制,因此实际运行效果可能与设定的目标存在偏差。
在平衡小车上,步进电机的应用需要配合适当的参数调整。例如,对于65mm轮胎的平衡小车,电机的转速应至少达到250rpm。转速的计算涉及脉冲频率、步进电机驱动器的细分数以及电机的固有步距角。在选择42步进电机(步距角1.8°,相电流1.3-1.7A)并配以16细分驱动器的情况下,可以推算出最大脉冲频率约为13kHz,对应的电机转速为243.75rpm。
与直流电机相比,步进电机在平衡小车控制上有显著差异。直流电机通常采用PWM模式进行定时器配置,而步进电机则使用输出比较模式。在直立控制上,直流电机平衡小车采用PD控制器,而步进电机平衡小车仅需P控制器。至于速度反馈与控制,直流电机通常依赖编码器反馈,而步进电机则用上一个控制周期的频率值来代替编码器反馈。
在步进电机的控制方面,LV8731V驱动器是一个常用的解决方案。它由三洋半导体推出,适用于驱动57mm及以下的步进电机,具有低至0.45欧姆的导通电阻,体积小,发热量低,并提供短路保护功能。LV8731V支持细分控制,允许更精细地控制电机的相电流,从而实现更精确的步进角度。例如,16细分的设置可以使基本步距角从1.8°减小到0.1125°,使得3200个脉冲才能完成一圈360°的旋转。
理解步进电机的特性和控制策略是成功构建和优化平衡小车的关键。通过适当的选择和参数调整,步进电机可以在保持稳定性和精度的同时,实现平衡小车的高效运行。同时,选择合适的驱动器如LV8731V,能进一步提升系统的性能和可靠性。