Как контролировать скорость двигателя постоянного тока 12 В с помощью Arduino?

Ваш диод находится в неправильном положении - он должен быть на двигателе (блокировка!), а не на транзисторе.

Диод предназначен для того, чтобы ток, протекающий в катушке двигателя, продолжал течь в том же направлении, когда транзистор выключается. Когда транзистор выключится, напряжение на коллекторе транзистора возрастет, поскольку оно вытекало из двигателя. От$V_{CE(SAT)}$оно поднимется выше напряжения питания и прекратится только при пробое транзистора (или когда он начнет прозваниваться паразитной емкостью). Подключив диод от коллектора транзистора к шине +12 В, вы предотвратите превышение напряжения на транзисторе 12 В и позволите току двигателя продолжать протекать.

То, как у вас есть диод на вашем рисунке, он будет проводить только в том случае, если напряжение упадет ниже земли. Это могло произойти только в том случае, если кто-то механически очень быстро вращал двигатель в обратном направлении (и в результате ваш диод вызвал бы увеличение напряжения на шине 12 В).

Хотя диод находится в необычном положении, схема работает хорошо. Обычно диод размещается на индуктивной нагрузке, то есть на контактах двигателя, очень близко к двигателю (если вы используете длинные провода, это важно). Это помогает подавить электрические скачки, генерируемые двигателем, когда вы его останавливаете, но он продолжает вращаться и действует как генератор в течение очень короткого промежутка времени.

Эти шипы могут убить ваш транзистор. Другое решение — то, что вы сделали — это защитить сам транзистор.

Обратите внимание, что невозможно заставить двигатель постоянного тока вращаться очень медленно. Это происходит из-за механической конструкции двигателя. Если вы используете двигатель без редуктора, вы увидите, что 30%-100% ШИМ имеют некоторое значение, а 0..30% ничего не делают. С мотор-редуктором (шестерни имеют дополнительную нагрузку) вам может потребоваться довести скорость до 50% только для того, чтобы он запустился.

Вы можете сделать несколько вещей:

• используйте функцию карты, чтобы сопоставить ваши потребности в мощности 0..100% с 50..80% выхода ШИМ. Обратите внимание, что скорость не всегда линейна по отношению к входу PWM, поэтому вам может понадобиться таблица линеаризации, чтобы исправить это.
• Если ваша цель — двигатель, который может вращаться очень медленно, рассмотрите возможность использования шагового двигателя. Если вам нужен очень медленный и средний диапазон, это хорошо.
• Если вам нужно от очень медленного до очень быстрого, вам лучше пойти с двумя двигателями и дифференциальной коробкой передач, если вы хорошо разбираетесь в механике.
• Другое решение — использовать трехфазный двигатель переменного тока и управлять им с помощью микроконтроллера. Это решение не для новичков, но это де-факто решение для современных электромобилей. Хитрость в том, что обмотки двигателя всегда находятся под напряжением, поэтому у вас есть постоянный крутящий момент. При изменении частоты управляющего сигнала у вас есть очень точный контроль над скоростью.

Может ли это быть статическое трение? Что произойдет, если ваш скетч arduino сначала запустит двигатель (максимальный ШИМ), а затем медленно уменьшит его в течение нескольких секунд?

Мой опыт показывает, что очень сложно медленно запускать двигатель постоянного тока (если, конечно, у вас нет обратной связи по положению или шестерен).