已解决 73482 个问题
已帮助 5993 位优秀工程师

如何选择L298N驱动减速直流电机的PWM频率

hlwhlw 2015-07-16 浏览量：5659

L298N作为自平衡小车的电机驱动，驱动减速直流电机，用PWM对L298N进行调速，PWM频率选择多大比较好？频率太低，电机会发出声音；频率太高，又会出现占空比与转速线性度不好的问题。

嵌入式

0 0 收起

我来回答

最佳答案

格古落
频率的选择主要看你的中断间隔了，

假设你的程序每50us进入一次中断，那么就是说每50us进行一次PWM调制。这样你的PWM频率就是20KHz。
如果你的程序写的很多，那么你就可以设定更长的中断周期，而相应的PWM调制频率就会降低。
一般的PWM调节频率保持在10K-50K都是可以接受的。
不知到我的回答是否让您满意呢。
- 发布于 2015-07-16
- 举报
- 评论 0
- 0
- 0

其他答案数量：4

hlwhlw
选择多大的频率占空比与转速线性度比较好，而电机又不发出声音呢？
- 发布于2015-07-19
- 举报
- 评论 0
- 0
- 0

hq987333864

关于你这个问题，我分享一篇文章你看看：

如何确定直流电机驱动的 PWM 频率

—— 圆梦小车改进中的个人感悟

在“圆梦小车强身健体啦”一文中，提到了新的电机在原来的驱动程序下不能正常工作

之事，本文将详述其*委。

一、问题的来由

此问题在我第一次涉及直流电机驱动时就遇到了，可翻遍所有资料，都没有给我一个完美的答复，因为我一直觉得应该根据电机的特性来选择 PWM 的频率。

直流小电机的特性差别很大，一般遥控玩具的电机通常为 1A 以下，这是为了降低驱动电路的成本，通常使用 8050、8550 就可以驱动。

而遥控模型级别的电机不同，它们的目标是速度，所以电机通常动辄 10A，甚至几十安都有，读者可以去搜索一下模型用的电调（电子调速器，也是 PWM 控制模式），那些指标都是 50A、90A、130A 等等，第一次我看了都“晕”！看看照片，哪个不是一堆 MOS 管并联？所以价格也不菲，通常都成百上千。

一般用于工业控制的减速电机则不然，由于有很大的减速比，且电压一般为 12V，所以电流通常很小，在几百毫安级别，正常工作只有几十毫安，这是由于他们要求低功耗，增加可靠性。

而电机控制的 PWM 模式讨论似乎针对第二类的较多。因为 PWM 控制对于遥控模型的重要程度较高。而遥控玩具一般不调速，H 桥只是为了换向。工业控制由于减速后转速已很低，不再迫切需要调速了，直接用通断控制已能满足大多数的要求。

似乎只是由于“机器人比赛”才将小电流直流电机的调速引入。由于比赛机器人的特殊性，产生了一种中间状态的需求：

> 它们不像遥控模型那样追求速度，但想要类似于遥控模型的操控特性；

> 它们不满足于遥控玩具那种简单的控制，却要相当于遥控玩具电机那样的电流；

> 因为机器人比赛不像赛车，穷其全力一搏，只求瞬间辉煌；它需要有一定时间去做一些蕴含智慧的活动，而不是四肢发达的“莽汉”，所以要有一定的“耐力”。

二、少而“模糊”的答案

在写“寻迹小车 FollowMe”一文时，我找了许多资料，但没有找到一篇可以帮我释疑解惑的。下面就是几篇我所找到的文章摘录：

1）有的这样说：“PWM 控制的基本电路与ON/OFF 控制相同，电路构成也很简单，施加在电机上的 PWM 信号一般为几千赫至几十千赫”（摘自《机器人控制电子学》P76 *1）。

2）有的这样说：“PWM 控制对频率的要求一般不是太高。从 50Hz 到 1000Hz 的频段，电机都可以正常工作。”（摘自《机器人探索 —— 工程实践指南》P129 *2）

3）只有这篇描述的略详细（摘自《机器人设计与控制》P183 *3）：

此段文字提到了我所关注的问题：电机特性对PWM频率的影响。可是它的结论和建议却给我带来了更多的困惑！（看红线所标注的）

读者可以对照一下，这三篇内容就相互“冲突”的厉害，也许读者认为我是断章取义，作者也许在前或后有先决条件，那可以帮我仔细看看原作，但愿能有所发现。

4）我以前文章中推荐过多次的《电动机的单片机控制》一书对直流电机驱动描述的相当详细，可唯独没有阐述如何确定 PWM 的频率，只是留了一道思考题：

“ 4、PWM 频率如何选择？”（摘自书中 P149 *4）。

郁闷！是否此问题简单到不用描述了？！

5）还有一本我推荐过的书 ——《直流电动机实际应用技巧》，书中也只是泛泛的说了一下：（摘自书中 P122 *5）

文中所说“脉冲列驱动”就是指 PWM；电器时间常数 te 为电机等效电感 La 与等效电阻Ra 之比（摘自书中的描述，P121 *5），至于如何确定这两个值不太清楚。

这段和第三篇中所描述的比较一致。似乎都是说 PWM 频率越高越好。我在网上还看到有这样的言论：频率越高的PWM调速器档次越高！

正是这些“模糊、混乱”的概念导致我“无所适从”，所以在“寻迹小车 FollowMe”中，编写程序时将 PWM 值和 PWM 的频率都交给使用者确定，期望读者能摸索出合适的选择，并找出选择的依据。但一直没有看到我想要的反馈，自己略作尝试也未能得出清晰的结论，所以在设计圆梦小车时就放弃了 PWM 频率改变的功能，使用定频方式（7200Hz）。用在当时的 130 电机上没有发现什么明显不妥，也就不再深究了。

三、问题再次显现

这次减速箱装配好后，我满怀希望的替换下原来的 130 电机，并且用直流电源先试了一下，感觉不错（详见“圆梦小车强身健体啦”一文）。立马装上控制部分，发控制命令；本想“秀”一下，用较低的 PWM 值，因为我认为减速比加大后，力矩应该增加，低 PWM 值也应能启动。可实际效果让我大失所望，用“走直线”模式测试，基准 PWM50 启动不了，加到 100 才勉强能走，到 200 才算比较流畅。此时，我脑子里立马掠过一个念头：“坏了，几万块钱要打水漂了！”。

冷静一会儿才想起可能是 PWM 频率的问题。又将上面看过的资料再次研读一番，而且拆了一个电机测量电阻和电感。但第三篇中的那段话还是让我不得其解：

如果为了满足文中的不等式，PWM 频率不是越高越好吗？何来“所允许的最高 PWM 信号频率”？应该是最低频率才对吧？不知原文是如何描述的。

但按基本的电学常识分析，不可能频率越高越好，因为电机的线圈肯定有电感，且电流越小的电机由于匝数多，电感量会越大。基于电工学常识，电感中的电流不能突变，其感抗与频率成正比。

所以当施加过高频率的电压后，由于感抗作用，可能电流很小。

而电机的力矩产生于磁场作用，而磁场的强弱与电流成正比，所以过小的电流将大大降低磁力，从而导致电机“无力”。

这就像十字路口的红绿灯，假设各方向占 50%的通行时间，如果所设间隔恰当，就能保证最佳的通行效果，如果一味缩短周期，直到小于汽车的启步时间，即使仍保持 50%的比例，那路口也将完全无法通行。这和电机上施加过高频率的电压应该是一样的。

我觉得在新电机上遇到的现象就是这个原因，可遍寻不到依据，只是从 LEGO 的 RCX 技术资料上看到：RCX 的PWM 频率是 125Hz！我觉得 LEGO 的电机和这次选择的电机参数类似，所以下决心修改 PWM 频率。

上图为网页截图，注意红线所标信息以及图示，说明小于 1000Hz 的 PWM 频率还是可以使用的。

四、实施

好在STC12LE5412AD 所提供的 PCA 比较灵活，程序只需略作修改即实现了。原来 PWM 信号是使用 PCA 的 PWM 模式产生的，好处是不需要软件干预，只要向相应的寄存器中赋值即可；缺点是频率变化较单一，靠改变 PCA 计数器的信号分频，只有两种选择 —— Fosc/12 或者 Fosc/2 。对应 MCU 振荡器频率 22.1184MHz，只有两个 PWM 频率可选：43200Hz 和 7200Hz。

由于此次是需要降低频率，所以可以用软件干预方式实现，即：

使用 PCA 的比较器模式，允许匹配中断，在中断中产生 PWM 信号，通过不断加载新的比较值控制 PWM 的频率。PCA 初始化如下：

按此模式，只要 PWM 信号的周期不大于：

1/（22.1184MHz/12） * 65536 = 3.5ms ，即频率不低于 28Hz 都可以实现。

中断中产生 PWM信号的处理如下：

以上为一个电机的处理，另一个电机完全相同。

变量 g_uiMotorLTime[2] 用于存放 PWM 信号的高低电平时间，两个单元之和为 PWM 的周期。

变量g_uiMotorLTimeCmp 是高低电平时间的累计值，作为 PCA 通道的比较值，通过其控制 PCA 的中断。程序中作了一些防护，主要是占空比低于一定值后输出恒为“0”，高于一定值后输出恒为“1”。具体可看所附程序（查找“0805”即可找到所有为此修改的地方）。

以下为设置的常量，通过修改这些值，可方便的改变 PWM 频率和限定值：

读者可修改上述参数方便地实现不同的 PWM 频率，观察对电机特性的影响。

五、效果

以下所做测量只是两个 PWM 频率的对比：7200Hz vs 125Hz。

为了方便测量，在原来的 PC 机控制界面增加了一个定时输出功能，可以设定小车的运行时间，利用 PC 定时期到时发出停止命令。界面如下：

之所以选用直接的 PWM 输出而不用原来的走直线功能，是因为走直线程序中小车会根据偏移不断改变 PWM 值，这样的结果就不真实了。

由于电机的差异，所以左右电机的 PWM 值略有不同，以使小车走的接近直线。

测试结果如下：

PWM 频率：125Hz					PWM 频率：7200Hz
左 PWM	右 PWM	距离 cm	时间秒	速度 cm/s	左 PWM	右 PWM	距离 cm	时间秒	速度 cm/s
250	235	174	4	43.5	250	235	174	4	43.5
208	195	164	4	41	205	195	140	4	35
160	140	172	5	34.4	157	143	120	5	24
110	90	151	6	25.1	108	93	86	6	14.3
77	60	150	10	15	77	67	75	10	7.5
注：小车程序中 PWM 值 250 为 100%！