步进电机在平衡小车中的应用与控制解析

"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。