单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计

单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计

畢業設計(論文)

題目:利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計班級:XX

姓名:XZ

指導教師:XX

說明:8051

畢業設計任務書7 (3)

一、設計題目 (3)

第1章緒論 (5)

1.1利用單片機控制的直流電機轉速系統設計目的和意義 (5)

1.1.1選題的目的和意義 (5)

1.1.2國內外研究現狀簡述: (5)

1.1.3畢業設計(論文)所採用的研究方法和手段: (5)

1.2利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計設計專案發展 (6)

1.3利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計原理 (6)

第2章系統硬體電路的設計 (8)

2.1 系統總體設計框圖及單片機系統的設計 (9)

2.1.1 系統總體設計框圖 (9)

2.1.2 8051單片機簡介 (9)

2.1.3 單片機系統中所用其他晶片簡介 (11)

2.1.4 8051單片機擴展電路及分析 (15)

2.2 PWM信號發生電路設計 (17)

2.2.1 PWM的基本原理 (17)

2.2.2 PWM信號發生電路設計 (18)

2.2.3 PWM發生電路主要晶片的工作原理 (19)

2.3 功率放大驅動電路設計 (22)

2.3.1 晶片IR2110性能及特點 (22)

2.3.2 IR2110的引腳圖以及功能 (23)

2.4 主電路設計 (25)

2.4.1 延時保護電路 (25)

2.4.2 主電路 (25)

2.4.3 輸出電壓波形 (28)

2.5 測速發電機 (28)

2.6 濾波電路 (29)

2.7 A/D轉換 (29)

1.7.1 晶片ADC0809介紹 (29)

2.7.2 ADC0809的引腳及其功能 (29)

第3章.直流調速系統 (30)

3.1 直流調速系統概述 (31)

3.2單閉環直流調速系統 (31)

3.3開環系統機械特性和閉環系統靜特性的比較 (33)

第4章利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計 (35)

4.1系統軟體部分的設計 (35)

4.1.1 PI 轉速調節器原理圖及參數計算 (35)

4.2 控制電路設計 (36)

4.2.1 單片機資源分配 (36)

4.2.2 程式流程圖 (40)

第5章結論 (41)

致謝 (42)

參考文獻 (43)

畢業設計任務書7

一、設計題目

利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計

二、設計要求

設計一個用單片機實現對直流電機轉速控制系統。

1、利用PWM方式控制。

2、有加、減速鍵,可控制電機的轉速。

3、用數碼管顯示轉速。

三、設計依據

小直流電動機,輸入電壓在0.5~3V之間,轉速基本與輸入電壓成正比;

單片機(可任選型號)

四、設計任務

要求在規定時間內獨立完成下列工作量:

1.設計說明書需包括:

①目錄。

②系統設計思想。

③電路的硬體設計

④軟體流程圖。

⑤收穫體會。

⑥參考資料。

2.設計圖樣

利用Protel繪製出設計系統的硬體電路圖。

五、設計時間

2011年11 月07 日至2011 年12 月07 日。指導教師:(簽名)

參考文獻:PIC軟硬體系統設計

摘要

本文主要研究了利用MCS-51系列單片機控制PWM信號從而實現對直流電機轉速進行控制的方法。文章中採用了專門的晶片組成了PWM信號的發生系統,並且對PWM信號的原理、產生方法以及如何通過軟體編程對PWM信號占空比進行調節,從而控制其輸入信號波形等均作了詳細的闡述。此外,本文中還採用了晶片IR2110作為直流電機正轉調速功率放大電路的驅動模組,並且把它與延時電路相結合完成了在主電路中對直流電機的控制。另外,本系統中使用了測速發電機對直流電機的轉速進行測量,經過濾波電路後,將測量值送到A/D轉換器,並且最終作為回饋值輸入到單片機進行PI運算,從而實現了對直流電機速度的控制。在軟體方面,文章中詳細介紹了PI運算程式,初始化程式等的編寫思路和具體的程式實現。

關鍵字: PWM信號測速發電機 PI運算

第1章緒論

1.1利用單片機控制的直流電機轉速系統設計目的和意義

1.1.1選題的目的和意義

在電氣時代的今天,電動機一直在現代化的生產和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農業生產、交通運輸、國防、航空航太、醫療衛生、商務與辦公設備中,還是在日常生活中的家用電器中,都大量地使用著各種各樣的電動機。以前電動機大多使用由模擬電路組成的控制櫃進行控制,現在單片機已經開始取代模擬電路作為電機控制器。當前電機控制器的發展方向越來越趨於多樣化和複雜化,現有的專用積體電路未必能滿足苛刻的新產品開發要求,為此可考慮開發電機的新型單片機控制器。

1.1.2國內外研究現狀簡述:

電動機的控制技術的發展得力於微電子技術、電力電子技術、感測器技術、永磁材料技術、電動控制技術、微機應用技術的最新發展成果。正是這些技術的進步使電機控制技術在近20多年內發生了翻天覆地的變化,其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位於以單片機為主的微處理器控制,形成數字和模擬的混合控制系統和純數字控制的應用,並曾向全數字化控制方向快速發展。而國外交直流系統數位化已經達到實用階段。

1.1.3畢業設計(論文)所採用的研究方法和手段:

根據市場需求和發展趨勢,本设计将介绍一种基于8051单片机的直流电机转速控制系统。首先對直流調速控制電路進行設計來實現對速度的控制、檢測、顯示;再對直流調速控制主回路進行設計,其採用了三相橋式全控整流電路;然後進行系統的軟體設計,本課題採用PID控制演算法設計;最後進行系統的抗干擾設計,為了防止從電源系統竄入干擾,本系統供電採用隔離變壓器;同時,為了保證資訊傳輸的正確性,在過程通道上採用光禍隔離

措施。

1.2利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計設計專案發展

目前使用的電機模擬控制電路都比較複雜,測量範圍與精度不能兼顧,且採樣時間較長,難以測得暫態轉速。本文介紹的電機控制系統利用PWM控制原理,同時結合霍爾感測器來採集電機轉速,並經單片機檢測後在顯示器上顯示出轉速值,而單片機則根據感測器輸出的脈衝信號來分析轉速的過程量,並超限自動報警。本系統同時設置有按鍵操作儀錶,可用於調節電機的轉速。

直流電機控制系統主要是以8051單片機為核心組成的控制系統,本系統中的電機轉速與電機兩端的電壓成比例,而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比,因此,由MCU內部的可編程計數器陣列輸出PWM波,以調整電機兩端電壓與控制波形的占空比,從而實現調速。本系統通過霍爾感測器來實現對直流電機轉速的即時監測。系統的設計任務包括硬體和軟體兩大部分,其中硬體設計包括方案選定、電路原理圖設計、PCB繪製、線路調試;軟體設計包括記憶體空間的分配,直流電機控制應用程式模組的設計,程式調試、軟體仿真等。

8051是完全集成的混合信號系統級MCU晶片,具有64個數字I/O引腳,片內含有VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器,是真正能獨立工作的片上系統,並能快捷準確地完成信號採集和調節。同時也方便軟體編程、干擾防制、以及前向通道的結構優化。

本單片機控制系統與外部連接可即時接收到外部信號,以進行對外部設備的控制,這種閉環系統可以較準確的實現設計要求,從而制定出一個合理的方案。

1.3利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計原理

本系統先由單片機發出控制信號給驅動電機,同時通過感測器檢測電機的轉速信號並傳送給單片機,單片機再通過軟體將測速信號與給定轉速進行比較,從而決定電機轉速,同時將當前電機轉速值送LED顯示。此外,也可

以通過設置鍵盤來設定電機轉速。系統中的轉速檢測裝置由霍爾感測器組成,並通過A/D轉換將轉速轉換為電壓信號,再以脈衝形式傳給單片機。這種設計方法具有頻率回應高(回應頻率達20 kHz以上)、輸出幅值不變、抗電磁干擾能力強等特點。其中霍爾感測器輸入為脈衝信號,十分容易與微處理器相連接,也便於實現信號的分析處理。單片機的T0口可對該脈衝信號進行計數。,本系統的脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation)原理是:脈衝寬度調製波由一列占空比不同的矩形脈衝構成其占空比與信號的暫態採樣值成比例。該系統由一個比較器和一個週期為Ts的鋸齒波發生器組成。脈衝信號如果大於鋸齒波信號,比較器輸出正常數A,否則輸出0。

設樣本τk為均勻脈衝信號,它的第k個矩形脈衝可以表示為:

其中,x {t} 是離散化信號;Ts是採樣週期,τ0是未調製寬度,m是調製指數。現假設脈衝幅度為A,中心在t=kTs處,τk在相鄰脈衝間變化緩慢,那麼,其Xp (t) 可表示為其中,為電機角速度,結合式(2) 可見,脈衝寬度信號可由信號x (t)加上一個直流成分以及相位調製波構成。

因此,脈衝寬度調製波可以直接通過低通濾波器進行解調。C8051單片機有2個12位的電壓方式DAC,每個DAC的輸出擺幅為0 V~VREF,對應的輸入碼範圍是0x000~0xFFF。通過交叉開關配置可將CEX0~CEX4 配置到P2 端口,這樣,改變PWM的占空比就可以調整電機速度。

LED顯示採用動態掃描方式,並用單片機I/O介面擴展輸出,再由三極管驅動各顯示器的位選端並放大電流。獨立式按鍵採用查詢方式,按鍵輸入均採用低有效,上拉電阻可用於保證在按鍵斷開使其I/O口為高電平。單片機的I/O (P0.1~0.5)引腳所擴展的5個按鍵分別定義為:設置、啟動、移位、開始、+1功能。硬體電路確定以後,電機轉速控制的主要功能將依賴於軟體來實現。

應用軟體的設計可採用模組化結構設計,其優點是每個模組的程式結構相對簡單,且任務明確,易於編寫、調試和修改;其次是程式可讀性好,對程式的修改可局部進行,而其他部分可以保持不變,這樣便於功能擴充和版本升級;另外,對於使用頻繁的副程式,可以建立副程式庫,以便於多個模組調用;最後是便於分工合作,多個程式員可同時進行程式的編寫和調試工

作,故可加快軟體研製進度。

整個軟體由主程序模組、轉速測量模組、時鐘模組、數據通信模組、動態顯示模組等組成。各模組均採用結構化程式設計思想設計,因而具有較強的通用性;而採用模組化程式結構則可使軟體易於調試、維護和移植。

系統軟體可根據硬體電路的功能與8051各管腳的連接情況對軟體進行設計。以便明確各引腳所要完成的功能,從而方便進行程式設計和記憶體地址的分配,最終完成程式模組化設計。

包括有加、減鍵,可控制系統轉速等。由於本系統中的單片機還有閒置的I/O口線,而系統要求所設置的按鍵數量也不多,因此,可以採用獨立式按鍵結構。

第2章系統硬體電路的設計

基于单片机的PWM调速系统

基于单片机的PWM调速系统 摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外,本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块,并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外,本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量,经过滤波电路后,将测量值送到A/D转换器,并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算,从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面,文章中详细介绍了PI运算程序,初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词:PWM信号测速发电机PI运算前言 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机,通过PWM方式控制直流电机调速的方法。 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些

脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器 件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。 直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现 和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电 子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM 控制技术获得了空前的发展。到目前为止,已经出现了多种PWM控制技术。 PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而 成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流 电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度,经过滤波电路得到直流电压信号,把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机,在内部进行PI运算,输出控制量完成闭环控制,实现电机的调速控制。

基于STM32的直流电机PWM调速控制

电动摩托车控制器中的电机PWM调速 摘要:随着“低碳”社会理念的深入,新型的电动摩托车发展迅速,逐渐成为人们主要的代步工具之一,由于直流无刷电机的种种优点,在电动摩托车中也得到了广泛应用,因此,本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统,这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制,且运行稳定,安全可靠,成本低,具有深远的意义。 1.总体设计概述 1.1 直流无刷电机及工作原理 直流无刷电机(简称BLDCM),由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器,使得其电磁性能可靠,结构简单,易于维护,既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷,因此,被广泛应用。另外,由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵,本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统,既可降低直流无刷电机的应用成本,又弥补了专用处理器功能单一的缺点,具有重要的现实意义和发展前景。 工作原理:直流无刷电机是同步电机的一种,其转子为永磁体,而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈,根据同步电机的原理,如果电子线圈产生一个旋转的磁场,则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此,驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场,而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现,其需要的电流如图1所示 随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 1.2 总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。

直流电机PWM调速

直流电机转速的PWM控制测速 王鹏辉 姬玉燕

摘要 本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制,在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定,最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。 关键词: PWM控制直流电机霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动 一、设计目的: 了解直流电机工作原理,掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法,熟悉直流电机驱动程序的设计与调试,能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速,提高单片机应用系统设计和调试水平。 1.1系统方案提出和论证 转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案,经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计,总体电路我们有两套设计方案,部分重要模块也考虑了其它设计方法,经过分析,从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑,我们才最终选择了一个方案。下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。 1.2 方案一:霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的?其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构

原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。 传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。 图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图 方案霍尔转速传感器的接线图 缺点:采用霍尔传感器在信号采样的时候,会出现采样不精确,因为它是靠磁性感应才采集脉冲的,使用时间长了会出现磁性变小,影响脉冲的采样精度。 1.3方案二:光电传感器 整个测量系统的组成框图如图3.2所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱

PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典

Pwm电机调速原理 对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种: (1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻 辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。 这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1,具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序 产生两个PWM,要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM这个功能在PIC单片机上就有,但是如果你就要用51单片机的话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明: * * * *关于频率和占空比的确定,对于12M晶振,假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10,即0.01MS中断一次,则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms,这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include #define uchar unsigned char /*****************************************************************************

单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》

单片机原理及应用课程设计报告设计题目: 学院: 专业: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 年月日 目录

设计题目:PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM直流电机调速系统,主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式,PWM是脉冲宽度调制,通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制,LED实现对测量数据(速度)的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波,通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数,计算出电机的速度,实现了直流电机的反馈控制。 关键词:直流电机调速;定时中断;电动机;波形;LED显示器;51单片机 1 设计要求及主要技术指标: 基于MCS-51系列单片机AT89C52,设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 (1)在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298,驱动直流测速电动机。 (2)使用定时器产生可控的PWM波,通过按键改变PWM占空比,控制直流电动机的转速。 (3)设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2:“正转/反转”。 K3:“加速”。 K4:“减速”。 (4)手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在

手动状态下,每按一次键,电动机的转速按照约定的速率改变。 (5)*测量并在LED显示器上显示电动机转速(rpm). (6)实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1)参考L298说明书,在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波,定时时间建议为250us。 (3)编写键盘控制程序,实现转向控制,并通过调整PWM波占空比,实现调速; (4)参考Protuse仿真效果图:图(1) 图(1) 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上,运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间,以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性,使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心,L298是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机,OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的正反转,ENA,ENB接控制使能端,控制电机的停转。 本设计以AT89C52单片机为核心,如下图(2),AT89C52是一个低电压,高性能 8位,片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(),器件采用的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图(2) 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性:闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差(额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比)要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范

基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计

基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计 第一章:前言 1.1前言: 直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。 近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。 采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而用PWM技术后,避免上述的缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流,低速特性好;同时,开关频率高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可获很宽的频带;开关元件只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,具有节约空间、经济好等特点。 随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 1.2本设计任务: 任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统 设计的主要内容以及技术参数: 功能主要包括: 1)直流电机的正转; 2)直流电机的反转; 3)直流电机的加速; 4)直流电机的减速; 5)直流电机的转速在数码管上显示; 6)直流电机的启动; 7)直流电机的停止; 第二章:总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

根据proteus仿真的pwm电机调速

直流电机调速资料汇总 一. 使用单片机来控制直流电机的变速,一般采用调节电枢电压的方式,通过单片机控制PWM1,PWM2,产生可变的脉冲,这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。 C语言代码: #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K5=P1^4; sbit K6=P1^5; sbit PWM1=P1^0; sbit PWM2=P1^1; sbit FMQ=P3^6; uchar ZKB1,ZKB2; void delaynms(uint aa) { uchar bb; while(aa--) { for(bb=0;bb<115;bb++) //1ms基准延时程序 { ; } } } void delay500us(void) { int j; for(j=0;j<57;j++) { ; }

} void beep(void) { uchar t; for(t=0;t<100;t++) { delay500us(); FMQ=!FMQ; //产生脉冲 } FMQ=1; //关闭蜂鸣器 delaynms(300); } void main(void) { TR0=0; //关闭定时器0 TMOD=0x01; //定时器0,工作方式1 TH0=(65526-100)/256; TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次EA=1; //开总中断 ET0=1; //开定时器0中断 TR0=1; //启动定时器T0 ZKB1=50; //占空比初值设定 ZKB2=50; //占空比初值设定 while(1) { if(!K5) { delaynms(15); //消抖 if(!K5) //确定按键按下 { beep(); ZKB1++; //增加ZKB1 ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少 } } if(!K6) { delaynms(15); //消抖 if(!K6) //确定按键按下 { beep();

直流电机PWM调速系统参考论文

毕业论文 基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计 所在学院 专业名称 年级 学生姓名、学号 指导教师姓名、职称 完成日期

摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统,并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外,本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量,经过处理后,将测量值送到液晶显示出来。 关键词:PWM信号,霍尔元件,液晶显示,直流电动机 I

目录 目录 ................................................................................................................................ III 1 引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.2 开发背景 (1) 1.1.3 选题意义 (2) 1.2 研究方法及调速原理 (2) 1.2.1 直流调速系统实现方式 (4) 1.2.2 控制程序的设计 (5) 2 系统硬件电路的设计 (6) 2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6) 2.2 STC89C51单片机简介 (6) 2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6) 2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (7) 2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (8) 2.2.4 STC89C51引脚功能 (8) 3 PWM信号发生电路设计 (11) 3.1 PWM的基本原理 (11) 3.2 系统的硬件电路设计与分析 (11) 3.3 H桥的驱动电路设计方案 (12) 5 主电路设计 (14) 5.1 单片机最小系统 (14) 5.2 液晶电路 (14) 5.2.1 LCD 1602功能介绍 (15) 5.2.2 LCD 1602性能参数 (16) 5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (18) 5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (19) 5.3 按键电路 (20) 5.4 霍尔元件电路 (21) III

单片机PWM控制直流电机的速度

用单片机控制直流电机的速度 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备,上端和交流电源连接,下端和直流电动机连接,直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源,一路输入给直流电机砺磁(定子),一路输入给直流电机电枢(转子),直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流,调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况,必要时修正电枢电压输出,以此来再次调节电机的转速。 直流电机的调速方案一般有下列3种方式: ?1、改变电枢电压; ?2、改变激磁绕组电压; ?3、改变电枢回路电阻。 使用单片机来控制直流电机的变速,一般采用调节电枢电压的方式,通过单片机控制PWM1,PWM2,产生可变的脉冲,这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。根据公式 U=aVCC 其中:U为电枢电压;a为脉冲的占空比(0

电动机的电枢电压受单片机输出脉冲控制,实现了利用脉冲宽度调制技术(PWM)进行直流电机的变速。 因为在H桥电路中,只有PWM1与PWM2电平互为相反时电机才能驱动,也就是PWM1与PWM2同为高电平或同为低电平时,都不能工作,所以上图中的实际脉冲宽度为B, 我们把PWM波的周期定为1ms,占空比分100级可调(每级级差为10%),这样定时器T0每0.01ms产生一次定时中断,每100次后进入下一个PWM波的周期。上图中,占空比是60%,即输出脉冲的为0.6ms,断开脉冲为0.4ms,这样电枢电压为5*60%=3V。 我们讨论的是可以正转反转的,如果只按一个方向转,我们就只要把PWM1置为高电平或低电平,只改变另一个PWM2电平的脉冲变化即可,,如下图(Q4导通,Q3闭合,电机只能顺时针调整转动速度)

直流电机PWM调速电路汇编

《电子技术》课程设计报告课题:直流电机PWM调速电路 班级电气1107 学号 1101205712学生姓名王海彬 专业电气信息类 学院电子与电气工程学院 指导教师电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2012年05月

直流电机PWM调速电路 一)设计任务与要求: 1.设计电机驱动主回路,实现直流电机的正反向转动; 2.设计PWM驱动信号发生电路; 3.设计电机转速显示电路; 4.设计电机转速调节电路,可以按键或电位器调节电机转速; 5.安装调试。 二)系统原理及功能概述 1)直流电机脉宽调速电路原理 对小功率直流电机调速系统,使用单片机是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来控制电机速度。这种方法称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation),简称 PWM。 改变占空比的方法有 3 种: (1)定宽调频法,这种方法是保持 t1 不变,只改变 t2 ,这样周期 T(或频率)也随之改变; (2)调宽调频法,保持 t1 不变,而改变 t2 ,这样也使周期 T(或频率)改变; (3)定频调宽法,这种方法是使周期 T(或频率)不变,而同时改变 t2 和 t1 由,当控制频率与系统的固有频率接近于前两种方法都改变了周期(或频率)时,将会引起振荡,用的比较少,因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加。电机断电时,速度逐渐减小。只要按一定规律,改变通断电时间,即可实现对电机的转速控制。设电机永远接通电源时,其最大转速为 Vmax,设占空比 D= t1 /T ,则电机的平均速度为 Vd,平均速度 Vd 与占空比 D 的函数曲线如图 1-2 所示,从图可以看出,VD 与占空比 D 并不是完全线性关系(图中实线),当系统允许时,可以将其近似的看成线性关系(图中虚线),本系统采用近似法。

基于单片机STC89C52的直流电机PWM调速控制系统

第一章:前言 Pwm 电机调速原理对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端EN1 和EN2 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种:(1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。这就要用到STC89C52的在PWM模式下的计数器1,具体内容可参考 相关书籍。 51 单片机PWM 程序 产生两个PWM,要求两个PWM 波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM 这个功能在PIC 单片机上就有,但是如果你就要用51 单片机的

话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1 来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0 定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1 是让IO 口输出低电平,这样改变定时器T0 的初值就可以改变频率,改变定时器T1 的初值就可以改变占空比。 前言: 直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。 近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法就应运而生。 采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而用PWM 技术后,避免上述的缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减低成本和功耗。并且 PWM 调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流,低速特性好;同时,开关频率高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可获很宽的频带;开关元件只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,具有节约空间、经济好等特点。 随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机 PWM 调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 本设计任务: 任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM 调速控制系统 设计的主要内容以及技术参数: 功能主要包括: 1) 直流电机的正转; 2) 直流电机的反转; 3) 直流电机的加速; 4) 直流电机的减速; 5) 直流电机的转速在数码管上显示; 6) 直流电机的启动; 7) 直流电机的停止; 第二章:总体设计方案

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机的PWM调压调速原理 直流电动机转速N的表达式为:N=U-IR/Kφ 由上式可得,直流电动机的转速控制方法可分为两类:调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制,在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制,并且励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以这种控制方法用得很少。现在,大多数应用场合都使用电枢控制方法。 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中,对半导体器件的使用上又可分为两种方式:线性放大驱动方式和开关驱动方式。 线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是:控制原理简单,输出波动小,线性好,对邻近电路干扰小;但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率,效率和散热问题严重,因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态,通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压,实现调速。 在PWM调速时,占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。 (1)定宽调频法 这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T(或频率)也随之改变。 (2)调频调宽法 这种方法是保持t2不变,只改变t1,这样使周期T(或频率)也随之改变。 (3)定频调宽法 这种方法是使周期T(或频率)保持不变,而同时改变t1和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率),当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这两种方法用得很少。目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法。 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统 双极性驱动则是指在一个PWM周期里,作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。 双极性驱动电路有两种,一种称为T型,它由两个开关管组成,采用正负电源,相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压,因此只用在低压小功率直流电动机驱动。 另一种称为H型。 H型双极性驱动 一、显示接口模块 方案一:液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低,寿命长,本身无老化问题,显示信息量大(可以显示字母和数字),在显示字符上没有限制。但价格高,接口电路较为复杂。其只在一些(袖珍型)设备上作为显示之用。

51单片机控制直流电机PWM调速C语言程序

#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit KEY1 = P3^4; sbit KEY2 = P3^5; sbit KEY3 = P3^6; sbit IN1 = P1^0; sbit IN2 = P1^1; sbit ENA = P1^2; sfr ldata=0x80; sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; //sbit lcden=P3^4; //uchar timer,ms,t_set = 1; uchar T_N=100; uchar T_N1=100; uchar T_H_N=50; uchar T_H_N1=50; void msplay(uchar,uchar); uchar code x1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x27,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; //uchar code x2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xd8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; uchar code x3[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf}; //uchar code x4[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20}; void delay(uint z) //延时函数 { uint x; for(x=z;x>0;x--); }

基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计——开题报告

西安交通大学城市学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目基于51单片机的PWM 直流电机调速系统设计 所在系电气与信息工程系 学生姓名 XX 专业测控技术与仪器 班级测控XXX学号 XXXXX 指导老师 XXXXXX 教学服务中心制表 2014年3月

对题目的陈述 1.选题意义与国内外研究现状,主要研究内容及技术方法 1.1选题的研究目的及意义 现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来,而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 在如今的现实生活中,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,其中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构简单、价格便宜、制造方便、容易维护,但是它具有良好的起制动性能,宜于在广泛的范围内平滑调速,所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。 随着电力电子技术的发展,开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和GBT成为主流,脉宽调制技术表现出较大的优越性:主电路线路简单,需要用的功率元件少;开关频率高、电流容易连续、谐波少、电机损耗和发热都较小;低速性能好、稳速精度高,因而调速范围宽;系统快速响应性能好,动态抗扰能力强;主电路元件工作在开关状态、导通损耗小、装置效率较高。近年来,微型计算机技术发展速度飞快,以计算机为主导的信息技术作为一崭新的生产力,正向社会的各个领域渗透,直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。 1.2国内外研究现状 直流电机脉冲宽带调制(Pulse Width Modulation――简称PWM)调速系统产生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驱动,例如自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等。近十多年来,由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展,同时又因出现了宽调速永磁直流电机,它们之间的结合促使PWM技术的高速发展,并使电气驱动技术推进到一个新的高度。 在国外,PWM最早是在军事工业以及空间技术中应用。它以优越的性能,满足那些高速度、高精度随动跟踪系统的需求。近十年来,进一步扩散到民用工业,特别是在机床行业、自动生产线及机器人等领域中广泛应用。 如今,电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显,促使电机控制技术以更快的速度发展着。随着市场的发展,客户对电机驱动控制要求越来越高,希

基于PWM控制的直流电机调速

基于PWM控制的直流电机调速摘要:直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 本文设计了直流电机控制系统的基本方案,阐述了该系统的基本结构,工作原理,运行特性及其设计方法,主要研究直流电机的控制和测量方法。本设计系统以单片机AT80C52为核心,实现直流电机调速的系统。 关键字:直流电机 PWM 控制 AT80C52 DC motor is a rotary motor that can convert a direct current into a mechanical energy (a DC motor) or a mechanical energy into a direct current (DC generator). It is capable of achieving the conversion of DC electric energy and mechanical energy to each other. When the motor is running, it is a direct current motor, the electric energy can be converted into mechanical energy; the generator is a direct current generator, the mechanical energy can be converted to electric energy. The structure of the DC motor is composed of two parts, the stator and the rotor. Operation of the DC motor are still part of the said stator, stator's main function is produces a magnetic field, is composed of a frame, a main pole, Huan Xiangji, an end cover, a bearing and an electric brush device and composition. Said operation, the rotating part of the rotor, the main role is electromagnetic torque and induction electromotive force generated, the DC motor is the hub of energy conversion, so is often referred to as the armature and is composed of a shaft, the armature core, an armature wining and commutator and fan.

直流电机PWM调速电路

《电子技术》课程设计报告 课题:直流电机PWM调速电路 班级电气工程1101学号1101205304 学生姓名xxx 专业电气信息类 系别电子与电气工程学院 指导老师电子技术课程设计指导小组 xxxxx 电子与电气工程学院 2012年5月 一、设计目的 a)培养理论联系实际的正确设计思想,训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b)学习较复杂的电子系统设计的一般方法,了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力,由学生自行设计、自行制作和自行调试。 c)进行基本技术技能训练,如基本仪器仪表的使用,常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力,掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d)培养学生的创新能力。 二、设计任务与要求 1.设计电机驱动主回路,实现直流电机的正反向驱动; 2.设计PWM驱动信号发生电路; 3.设计电机转速显示电路; 4. 设计电机转速调节电路;可以按键或电位器调节电机转速; 5.安装调试; 6.撰写设计报告。

三、设计思想及设计原理 1.信号可以采用数字方法给定,也可以采用电位器给定。建议采用数字方法。 2.PWM信号可以采用三角波发生器和比较器产生,也可采用数字电路及可编程器件产生。建议采用数字方法。 3.正反转主回路可以采用双极型器件实现,也可以用MOS器件实现; 4.转速测量电路可以采用增量型光电编码器,也可采用自行制作的光电编码电路、霍尔传感器以及其它近似测速方法。建议采用光电编码器。 5.显用数字方法显示电机转速。采用光电编码等方法的脉冲测速方法时,可采用计数法测量电机转速;电机转速信号为模拟信号时,可采用数字表头显示转速。建议采用数字方法。 6.(提高部分)可以采用反馈控制技术对系统进一步完善。 四、单元电路设计 4.1 LM324组成的PWM直流电机产生电路 4.1.1 它主要由U1(LM324)和Q1组成 图4.1中,由U1a、U1d组成振荡器电路,提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b这里接成比较器的形式,它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1,用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压.U1b的7脚输出为高电平;反之,当该波形电压低于U1b的6脚电压,U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知,改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度,实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点,保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭),其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。 图4.1中,Q1为N沟道场效应管,这里用作功率开关管(电流放大),来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。 当使用24v的电源电压时,图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上,对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1,改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时,Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时,需加装散热器。如果需要更大的电流(大于3A),可采用IRFZ34N

直流电机PWM调速控制

§1.1 直流电机调速原理 §1.1.1 直流电机电压调速原理 图1.2为按电机惯例标定的直流电机稳定运行量各物理量的正方向。由图可见电机的电枢电动势Ea 的正方向与电枢电流Ia 的方向相反,为反电动势;电磁转矩T 的正方向与转速n 的方向相同,是拖动转矩;轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n 相反,是制动转矩。 根据基尔霍夫第二定律,对图中的电枢回路列回路电压方程可得直流电动的电动势平衡方程式: U=Ea-Ia (Ra+Rc ) (1.4) 式1.4中,Ra 为电枢回路电阻,电枢回路串联绕阻与电刷接触电阻的总和;Rc 是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为: n =Ua-IR/Ce Φ (1.5) 由1.1式和1.2式得 n =Ea/Ce (1.6) 由式子1.6可以看出,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩恒定时,它的转速由电枢电压Ea 决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V 时,电机就停止转动;改变电枢电压的极性,电机就反转。总之电机的调速可以通过控制电枢电压实现 错误!未找到引用源。。 说明: U ………………> 电压 Ea ……… >电枢电动势 n …………………>转速 I ………………>电枢电流 r a ……… >电枢回路电阻 Rc ……… >外在电枢电阻 T1,T2………>负载转矩 T0………… > 空载转矩 Φ………………> 磁通量 图1-3 PWM 调速原理 §1.1.2 直流电机PWM 调速原理

所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的占空比来控制电机转速的方法,称为脉冲宽度调制(PWM)。 对于直流电机调速系统,使用FPGA进行调速是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值(即占空比)来控制电机速度。PWM调速原理如图1-3所示。 在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加;电机断电时,速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电时间,即可让电机转速得到控制。设电机永远接通电源时,其转速最大为Vmax,设占空比为D=t1/T,则电机的平均速度为 Vd=Vmax?D (1.7)式中,Vd——电机的平均速度 Vmax——电机全通时的速度(最大) D=t1/T——占空比 平均速度Vd与占空比D的函数曲线,如图1.4所示。 图1-4 平均速度和占空比的关系 由图1-4可以看出,Vd与占空比D并不是完全线性关系(图中实线),理想情况下,可以将其近似地看成线性关系(图中虚线)。因此也就可以看成电机电枢电压Ua与占空比D成正比,改变占空比的大小即可控制电机的速度。 由以上叙述可知:电机的转速与电机电枢电压成比例,而电机电枢电压与控制波形的占空比成正比,因此电机的速度与占空比成比例,占空比越大,电机转得越快,当占空比α=1时,电机转速最大。

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