Có ba cách để điều khiển tốc độ động cơ DC servo trong kỹ thuật: Phương pháp điều áp (Linear Power Amplification), phương pháp điều độ tần số xung (PFM) và phương pháp điều độ rộng xung (PWM). Đề tài này áp dụng kỹ thuật điều độ rộng xung (PWM). Trong đề tài này ta sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung.
* Nguyên lý:
Nhìn trên hình vẽ, TON và TOFF lần lượt là khoảng thời gian kích (trạng thái HIGH) và ngắt tín hiệu (trạng thái LOW) trong một chu kỳ. Việc làm này sẽ tạo ra một mức điện áp trung bình VTB cấp cho động cơ tương ứng với một mức tốc độ động cơ.
Hình 2. 10 Điều chỉnh độ rộng xung
Như vậy, với hai tín hiệu S1 và S2 có cùng chu kỳ, nhưng chỉ có tỉ lệ TON/TOFF giữa hai tín hiệu là khác nhau. Lúc này tương ứng hai điện áp trung bình khác nhau sẽ được thu và cho hai tốc độ khác nhau. Phương pháp này được gọi là điều rộng xung, cho phép điều khiển tốc độ động cơ như mong muốn. Cũng cần chú ý rằng vì đây là điện áp trung bình của động cơ tương ứng với một tỉ lệ TON/TOFF nào đó, nên mối quan hệ giữa vận tốc động cơ và điện áp trung bình này là không tuyến tính.
Hình 2. 11 Quan hệ giữa vận tốc không tải của động cơ DC và chu kỳ PWM cho động cơ DC Hitachi
Điều này dễ hiểu bởi điện áp trung bình được tính bằng tích phân trong một chu kỳ của điện áp ngõ vào, cũng chính là trong khoảng TON.
Chu kỳ của một tín hiệu ra PWM là khoảng thời gian mà sau đó mẫu tín hiệu được lặp lại.
Tần số PWM = 1/chu kỳ.
Hệ số duty là tỉ lệ bề rộng của mức „1‟ so với bề rộng chu kỳ.
Độ phân giải (resolution) tín hiệu PWM là phần mịn nhất là hệ số duty có thể được điều chế.
Có hai cách tạo ra xung PWM:
Mạch tương tự (analog): có giá trị thay đổi liên tục và có độ phân giải vô hạn cả về thời gian và biên độ, có thể được dùng để điều khiển trực tiếp nhiều thứ, như độ lớn âm được phát ra từ một radio, tốc độ của động cơ. Tuy nhiên, việc xây dựng và thiết kế mạch tương tự thường tốn kém. Có thể tạo ra một mạch PWM nhưng độ chính xác thường không cao và dễ điều khiển như mạch số.
Mạch số: bằng cách điều khiển các tín hiệu analog một cách số hóa, giá thành hệ thống và tiêu hao năng lượng hệ thống có thể giảm một cách đáng kể. Hơn nữa, nhiều vi điều khiển và DSPs hiện nay có thêm các bộ điều khiển PWM tích hợp, đưa đến việc điều khiển trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Thông qua một bộ đếm có độ phân giải cao, hệ số duty của một sóng vuông được mã hóa thành một mức tín hiệu analog đặc trưng. Tín hiệu PWM vẫn là tín hiệu số vì tại một thời điểm bất kỳ, nguồn DC qua tải là mở hết hoặc ngắt hết.
*Cài đặt PWM trong các bộ vi điều khiển:
Đối với điều khiển PWM bằng phần cứng từ các vi điều khiển có tích hợp bộ PWM trong các Timer, để bắt đầu PWM thì phần mềm của chip phải thực hiện các nhiệm vụ sau:
Đặt chu kỳ của timer/counter điều chế xung vuông.
Đặt thời gian của thanh ghi điều khiển PWM.
Đặt hướng ra của tín hiệu PWM, tín hiệu có đảo hay không đảo.
Khởi động timer.
Mở khả năng của bộ điều khiển PWM. * Ưu diểm:
Một trong những ưu điểm của PWM là khả năng chống nhiễu giá trị từ bộ xử lý đến hệ thống điều khiển, do tín hiệu bản chất vẫn là tín hiệu số nên nhiễu chỉ xảy ra nếu nó đủ mạnh hơn mức tín hiệu số để đổi logic từ 1 thành 0 hoặc ngược lại.
Đây là một ưu điểm mà đôi khi được dùng cho truyền thông: tăng bề rộng của kênh liên lạc. Ngoài ra không phải tốn chi phí cho một bộ biến đổi D/A, cũng như tiết kiệm trong gian trong các thiết bị nhúng (embbed system).