TB6612FNG在直流電機控制設計中的應用

如圖5所示，系統硬件電路主要由電源、控制、傳感、電機驅動(dòng)、操作與指示等單元組成。系統采用電池組供電，通過(guò)穩壓電路輸出VM和VCC2路電壓。穩壓電路主要由開(kāi)關(guān)型穩壓器LM2576和三端穩壓器7805構成，前者能提供輸出電流最高3 A的VM，對電機驅動(dòng)等單元供電，后者將電源穩壓至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的開(kāi)發(fā)。單片機通過(guò)ADC或I／O連接傳感器，同時(shí)定時(shí)器產(chǎn)生硬件PWM作為電機驅動(dòng)控制信號。傳感單元由光電和測距傳感器等構成。移動(dòng)機器人系統由按鍵開(kāi)關(guān)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。

控制系統通過(guò)傳感器獲取機器人運行位置信息，利用單片機對其進(jìn)行讀取和計算，由數字PID方式得到控制信號并輸出至驅動(dòng)器件，實(shí)時(shí)調整電機轉速。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。C為PID計算得到的調節控制量，B為設定的驅動(dòng)電機基本轉速，speedL和speedR分別為左右驅動(dòng)電機的轉速信號。系統啟動(dòng)后，循環(huán)執行流程，當運行位置發(fā)生偏離時(shí)，速度調節的計算結果由單片機輸出，經(jīng)AIN1／AIN2和BIN1／BIN2輸入至TB6612FNG，對電機轉速進(jìn)行快速調整，實(shí)現機器人位姿的校正和位置偏差的糾正，直到終點(diǎn)標志或接收停止指令。
試驗表明，在系統高速運行時(shí)，TB6612FNG對驅動(dòng)電機的調速能夠保持較好的連續性和平穩性。PID參數的設定對系統運行有很大影響，應根據運行控制要求，通過(guò)反復試驗調整確定PID參數，選取Kp、Ki、Kd的最優(yōu)組合以取得良好的控制效果。系統取消積分環(huán)節，采用PD控制時(shí)，也能夠得到較好的運行結果。

4 運行性能和建議
1)器件輸出狀態(tài)在驅動(dòng)／制動(dòng)之間切換時(shí)，電機轉速和PWM占空比之間能保持較好的線(xiàn)性關(guān)系，其運行控制效果好于器件在驅動(dòng)／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(shí)，電機運行連續平穩、噪音小，但器件功耗會(huì )隨頻率升高而增大；fPWM較低時(shí)，利于降低功耗，并能提高調速線(xiàn)性度，但過(guò)低的頻率可能導致電機轉動(dòng)連貫性的降低。通常fPWM>1 kHz時(shí)，器件能夠穩定的控制電機。
3)過(guò)大的PWM占空比會(huì )影響電機驅動(dòng)電流的穩定性和器件的輸出負載能力，應根據不同的速度要求合理設定占空比范圍。
4)器件工作溫度過(guò)高會(huì )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(cháng)時(shí)間穩定工作。

5 結束語(yǔ)
利用TB6612FNG和單片機構成直流電機控制單元，并將其應用在差速驅動(dòng)的輪式移動(dòng)機器人系統中。試驗運行表明，這款器件與單片機結合應用能夠實(shí)現靈活穩定的電機驅動(dòng)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、雙直流電機數字控制系統的設計開(kāi)發(fā)。