TB6612FNG在直流電機控制設計中的應用

如圖5所示，系統(tǒng)硬件電路主要由電源、控制、傳感、電機驅(qū)動、操作與指示等單元組成。系統(tǒng)采用電池組供電，通過穩(wěn)壓電路輸出VM和VCC2路電壓。穩(wěn)壓電路主要由開關型穩(wěn)壓器LM2576和三端穩(wěn)壓器7805構(gòu)成，前者能提供輸出電流最高3 A的VM，對電機驅(qū)動等單元供電，后者將電源穩(wěn)壓至VCC(+5 V)，對單片機及其外嗣電路供電。
選用高性能低功耗的ATmega系列單片機作為控制核心，其運算速度高達1 MIPS／MHz，具有多路PWM和ADC，適用于小型機器人和電機控制系統(tǒng)的開發(fā)。單片機通過ADC或I／O連接傳感器，同時定時器產(chǎn)生硬件PWM作為電機驅(qū)動控制信號。傳感單元由光電和測距傳感器等構(gòu)成。移動機器人系統(tǒng)由按鍵開關和傳感信號等組成前向通道，由PWM控制、TB6612FNG、電機及液晶等組成后向通道。

控制系統(tǒng)通過傳感器獲取機器人運行位置信息，利用單片機對其進行讀取和計算，由數(shù)字PID方式得到控制信號并輸出至驅(qū)動器件，實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。PID控制基本流程如圖6所示，其中比例項P為讀取位置與給定位置的偏差；積分項I為P值的累加；微分項D為相鄰P值之差；Kp、Ki、Kd為PID參數(shù)。C為PID計算得到的調(diào)節(jié)控制量，B為設定的驅(qū)動電機基本轉(zhuǎn)速，speedL和speedR分別為左右驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速信號。系統(tǒng)啟動后，循環(huán)執(zhí)行流程，當運行位置發(fā)生偏離時，速度調(diào)節(jié)的計算結(jié)果由單片機輸出，經(jīng)AIN1／AIN2和BIN1／BIN2輸入至TB6612FNG，對電機轉(zhuǎn)速進行快速調(diào)整，實現(xiàn)機器人位姿的校正和位置偏差的糾正，直到終點標志或接收停止指令。
試驗表明，在系統(tǒng)高速運行時，TB6612FNG對驅(qū)動電機的調(diào)速能夠保持較好的連續(xù)性和平穩(wěn)性。PID參數(shù)的設定對系統(tǒng)運行有很大影響，應根據(jù)運行控制要求，通過反復試驗調(diào)整確定PID參數(shù)，選取Kp、Ki、Kd的最優(yōu)組合以取得良好的控制效果。系統(tǒng)取消積分環(huán)節(jié)，采用PD控制時，也能夠得到較好的運行結(jié)果。

4 運行性能和建議
1)器件輸出狀態(tài)在驅(qū)動／制動之間切換時，電機轉(zhuǎn)速和PWM占空比之間能保持較好的線性關系，其運行控制效果好于器件在驅(qū)動／停止狀態(tài)之間切換，所以表1中的INl／IN2一般不采用L／L控制組合。
2)fPWM較高時，電機運行連續(xù)平穩(wěn)、噪音小，但器件功耗會隨頻率升高而增大；fPWM較低時，利于降低功耗，并能提高調(diào)速線性度，但過低的頻率可能導致電機轉(zhuǎn)動連貫性的降低。通常fPWM>1 kHz時，器件能夠穩(wěn)定的控制電機。
3)過大的PWM占空比會影響電機驅(qū)動電流的穩(wěn)定性和器件的輸出負載能力，應根據(jù)不同的速度要求合理設定占空比范圍。
4)器件工作溫度過高會導致其輸出功率的下降，電路PCB設計中應保證足夠面積的覆銅，這樣有助于散熱，利于器件長時間穩(wěn)定工作。

5 結(jié)束語
利用TB6612FNG和單片機構(gòu)成直流電機控制單元，并將其應用在差速驅(qū)動的輪式移動機器人系統(tǒng)中。試驗運行表明，這款器件與單片機結(jié)合應用能夠?qū)崿F(xiàn)靈活穩(wěn)定的電機驅(qū)動控制。TB6612FNG在集成性、運行性能和輸出能力等方面達到了較好的平衡，適用于單、雙直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的設計開發(fā)。