调速是无人驾驶汽车最重要功能之一。无人驾驶汽车往往通过电能作为能量来源，行驶动力来源于电机，而电机调速主要由脉宽调制(PWM)为核心的控制器完成。本节将分析PWM调速基本原理及实施方法，然后应用于MSP430小车编程设计，把小车电机控制从简单的启停两个控制变量，提升到多个控制维度，从而提供小车MPS430的智能化程序。
1）脉宽调制（PWM）原理及调速
脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号幅度进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的幅度进行编码。PWM信号是数字形式的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么处于开通状态(ON)，要么处于关断状态(OFF)，则电压或电流源以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列加到负载上的。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
PWM调速是利用全控型功率器件(如三极管、场效应管和IGBT等)的开关特性来调制固定电压的直流电源。驱动装置按一个固定的频率来控制开关器件的接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，即改变直流电动机电枢上施加电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，如图7.29所示。
图7.29 PWM调速方式
课外拓展：PWM控制算法简介
（1）等脉宽PWM法
等脉宽PWM是最简单PWM方法，它把脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变其周期，达到调频的目的。改变脉冲宽度可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
（2）正弦PWM法
正弦PWM法或SPWM是一种比较成熟的、广泛使用的PWM法。SPWM法就是以控制理论重要结论为理论基础，即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，效果基本相同。SPWM的脉冲宽度按正弦规律变化，使输出的脉冲电压的面积与所期望输出的正弦波在相应区间内的面积相等。在电动汽车驱动控制中，需要采用逆变电路把电池提供的直流电压逆变成可以驱动交流电机的正弦波电量。在此电路中，采用SPWM对逆变电路开关器件（如MOSFET）的通断进行控制。如图7－30所示，上图为正弦波信号，采用SPWM调制控制脉冲宽度按该正弦波的幅值规律变化，从而驱动交流电机转动。改变SPWM的输出频率，则可实现直流电机的调速。
图7.30 SPWM波形图
（3）等面积法
等面积法是在SPWM法原理的基础上发展出的方法，它用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微处理器中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。(www.xing528.com)
2）实例
例7.2 通过单片机产生小车直流电机的调速PWM波形如图7.31所示，用于实现电机的转速控制。
图7.31 小车直流电机调试的PWM波形图
设计思路：采用单片机设置定时初值，在中断服务函数中对占空比进行调整，实现PWM波形。步骤如下：
①如图7.31所示，定义PWM波形的周期为32 ms，并把该脉冲波形分成32份(等同于32个高低电平构成一个周期波形)，这样每份电平的时间即为32 ms/32=1 ms。
②定义一个变量count来计算定时器进入中断服务函数的次数，比如中断1~8次，在这8次中断中，设置对应的使能端口为高电平；在中断次数大于8、小于32时，定义使能端口为低电平。这样就完成了一个周期等于32 ms的PWM波形的定义，其占空比为8/32，用于实现对电机转速的控制。
③硬件连接及块代码编程。PWM调节速度参数控制小车速度，其端口配置如图7.32左图所示，代码块如图7.32右图所示，改变PWM的占空比可改变电机的速度。
除采用上例所示PWM方法调节电机速度外，还可采用Modkit提供的MoToR相关块代码实现电机速度的控制，如图7.33所示。首先在“Hardware”界面中拖出MoToR1和MoToR2两个元件块，并进行端口配置，在“Block”界面中编写代码块如图7.33右图所示，采用moforspeed()函数设定电机转速为100转/分。
图7.32 PWM电机调速等硬件配置和参考代码
图7.33 PWM电机调速等硬件配置和参考代码
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