简而言之：

您可以通过应用 PWM 信号对“速度”进行线性控制，现在该信号的频率必须足够高，以便您的直流电机仅通过 PWM 信号的直流分量，这只是平均值。将电机视为低通滤波器。如果您查看传递函数或角速度与电压的关系，这就是您所拥有的：

$$\frac{\omega(s)}{V(s)}=\frac{K}{\tau s+1}$$ 这是直流电机的一阶模型或简单的低通滤波器，截止频率 $$f_c=\frac{1}{2\pi\tau}$$

其中是电机的时间常数。因此，只要您的频率超出截止频率，您的电机只会看到直流部分或 PWM 信号的平均值，并且您的速度将与 PWM 占空比一致。当然，如果您使用高频率，您应该考虑一些权衡。$\tau$

很长的故事：

从理论上讲，您需要知道电机的时间常数才能选择“正确”的 PWM 频率。您可能知道，电机达到几乎 100 % 其最终值所需的时间是

$$t_{\text{final}}\approx 5\tau$$

您的 PWM 频率必须足够高，以便电机（本质上是一个低通滤波器）平均您的输入电压，这是一个方波。例如，假设您有一个时间常数为的电机。我将使用一阶模型来模拟它对几个 PWM 周期的响应。这是直流电机模型： $\tau=10\text{ ms}$

$$\frac{\omega(s)}{V(s)}=\frac{K}{10^{-3} s+1}$$

为简单起见，让。$k=1$

但更重要的是，这是我们正在研究的回应。对于第一个示例，PWM 周期为，占空比为 50 %。以下是电机的响应：$3\tau$

黄色图表是 PWM 信号（50% 占空比和周期），紫色图表是电机速度。如您所见，由于 PWM 的频率不够高，电机的速度摆动幅度很大。$3\tau=30 ms$

现在让我们增加 PWM 频率。PWM 周期现在，占空比仍为 50 %。$0.1\tau=1\text{ ms}$

如您所见，现在速度几乎是恒定的，因为 PWM 信号的高频分量被过滤掉了。总之，我会选择至少为

$$f_s\geq \frac{5}{2\pi\tau}$$

这只是关于如何选择 PWM 频率的一个非常理论的解释。希望能帮助到你！

您的电机可能已减速，因为 150 rpm 仅为每秒 2.5 转。在 50 rpm 时，您的电机将需要一秒钟以上的时间来执行一转。

话虽如此，h 桥中的开关在打开（基本上为零伏）或关闭（零电流）时不会消耗太多功率。它们仅在切换时同时存在电压和电流，因此更高的切换频率意味着 FET 中的热量更多。

保持在 5-20 kHz 范围内，您可能会很安全。如果降得太低，电机电流纹波（和转矩纹波）可能会很明显，但您可以对此进行试验。太高了，你会加热你的开关。您可能还想向高端走，以超出可听范围。

实际电机的行为大致类似于与真实电机串联的电阻器和电感器。为了高效运行，您需要在将电机连接到电源和将其短路之间切换。当电机连接到电源时，电流将变得更正。短路时，它会变得更负。如果电流切换极性，效率将显着下降，因为电机将花费每个周期的一部分时间试图机械地对抗它在其他部分所做的事情。

从电机本身的角度来看，当 PWM 速率尽可能高时，效率将达到最佳状态。然而，有两个因素限制了最佳 PWM 速率：

1. 许多电机都有一个与之并联的电容器，以尽量减少电磁干扰。每个 PWM 周期都需要对该电容进行充电和放电，从而浪费了全部能量。这里的损失将与频率成正比。

2. 许多H桥开关需要一定的时间才能切换；当它们切换时，进入它们的大部分功率将被浪费。随着 PWM 开启和关闭持续时间向电桥大部分活动或非活动时间切换的点缩小，开关损耗将增加。

最关键的是 PWM 速率足够快，以至于电机不会自行对抗。超过此速度将在一定程度上提高电机效率，但代价是增加上述其他损失。如果没有太多的并联电容，通常会有一个相当大的频率范围，PWM 损耗最小并且电机电流极性保持正向；接近该范围中间的频率可能是最好的，但该范围内的任何东西都应该是足够的。

几年前，我设计并开发了一个 PWM 速度/位置控制系统，该系统驱动 16 个有刷直流电机。我们从 Mabuchi 那里购买，当时他每年销售 3.5 亿台电机。他们推荐 2 kHz PWM 频率，这与其他来源的建议一致，包括当时的遥控飞机。我们取得了不错的成绩，从那以后我就一直在使用它。

有一种理论认为，高于 20 kHz 的频率意味着没有啸叫/噪音，但我们发现这不是真的。我不知道它的真正物理原理，但你可以听到一种机械运动。我，无论对错，都认为它是频率的次谐波（正确的短语？），因为线圈或组件试图在高频下如此轻微地移动但无法跟上。

我们在尝试使用 PWM 的螺线管驱动器时发现了同样的情况。螺线管上的示波器显示了正确的测试频率，首先是 25 kHz，然后越来越高。螺线管发出的啸叫声清晰而令人不快。经过大量测试和实验后，我们放弃了 PWM 方法。

我家里有手机充电器，我可以清楚地听到啸叫声，而且我知道他们的 PWM 振荡器运行在 100 kHz 以上。（事实上​​，我经常在经过厨房时关掉它，因为当没有连接电话时，我会听到更高音调的“空载”哨声。当电话第一次插入时，我还听到声音越来越低.)