【设计】PWM直流电机无级调速控制器设计资料
直流电动机PWM调速系统设计
1 绪论1.1 课题研究背景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。
1.2 直流电机调速发展现况现代社会中，电能是最常用且最为普遍的二次能源。
而电机作为机电能量转换和信号转换的电磁装置，经过了一个多世纪的发展，其应用范围已经遍及现代社会和国民经济的各个领域及环节。
例如化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源以及有些移动运输机械，在缺少交流电源时其所需要的直流电源仍然使用直流发电机作为供电电源。
同步电机具有转矩大、效率和精度高、机械特性硬等优点，但是调速困难、容易“失步”等弱点大大限制了它的应用范围；而异步电机则结构简单、制造方便、运行可靠、价格便宜，但其机械特性软、启动困难、功率因数低、不能经济地实现范围较广的平滑调速，且必须从电网吸取滞后的励磁电流，从而降低电网功率因数；直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统，如电力牵引、轧钢机、起重设备等。
这也是直流电机能够在工业领域占有一席之地的原因。
而采用PWM调速系统控制电机，则具有很多的优越性，比如：开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
低速性能很好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右。
直流电机PWM调速与控制设计报告
综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0820801 学号：指导老师：成绩：设计时间：2011 年12 月重庆邮电大学自动化学院制一、题目直流电机调速与控制系统设计。
二、技术要求设计直流电机调速与控制系统，要求如下：1、学习直流电机调速与控制的基本原理；2、了解直流电机速度脉冲检测原理；3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路；4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信；5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。
6、要求电机能实现正反转控制；7、系统具有实时显示电机速度功能；8、电机的设定速度由电位器输入；9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。
三、给定条件1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料；2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等；3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计1. 确定总体方案；2. 画出系统结构图；3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路；4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信；5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；直流电机调速与控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。
无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。
据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。
同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。
电动机与人的生活息息相关，密不可分。
电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。
这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。
直流电机的PWM控制器设计【完整版】
直流电机PWM调速控制器的设计摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。
研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。
不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。
本文基于PWM的双闭环直流调速系统进行了研究，并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统。
首先描述了变频器的发展历程，提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。
应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM 变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。
在此基础上，本文将做出AT89S52单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。
关键词：直流调速；双闭环；PWM ；AT89S52 ；直流电机The PWM speed controller design of Dc motorAbstractIn electrical time's today, the electric motor in the industry and agriculture production, the people daily life is playing the very vital role. The direct current machine is the most common one kind of electrical machinery, obtains the widespread application in various domains. The research direct current machine's control and the measuring technique, to increase the control precision and the speed of response, the frugal energy and so on have the important meaning. A problem about speed-modulation of DC motor is very important in the field automatic. The requests to the effect after the speed-modulation of the DC motor are different in different fields. Then, different speed-modulation ways are using in different fields.This paper researches DC-drive speed system with a dual-converter and dual-closed-loop based PWM, discussing a new control method that combines PWM with D C-drive, designs applies in direct current motor's double closed loop current velocity modulation system. DC motor is used very generally because its speed-modulation effect is very good and its speed-modulation is easily to be realized. PWM theory is used most generally among the speed-modulation ways. The text will introduce the H-PWM way mostly. We will try to do modulation to the DC motor with AT89S52. The importance of the text is the parts which are composed the system. Another importance is the principles of working about every parts.Key word: DC speed regulation ；Double-loop ；PWM ；AT89S52；DC moter；目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1问题的提出 (1)1.2 微机控制电机的发展和现状 (2)1.3 电机微机控制系统 (3)1.4本课题在实际应用方面的意义和价值 (4)2 直流电机PWM调速系统原理设计 (6)2.1 PWM脉宽调制 (6)2.1.1 PWM脉宽调制介绍 (6)2.1.2 PWM基本原理 (7)2.2 总体方框图 (7)2.3 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 (8)2.3.1 提出问题 (8)2.3.2 转速和电流双闭环调速系统的组成 (9)2.3.3 稳态结构图和静特性 (10)2.3.4 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (11)2.4 双闭环脉宽调速系统的动态性能 (12)2.4.1 动态数学模型 (12)2.4.2 起动过程分析 (13)2.4.3 动态性能和转速调节器、电流调节器的作用 (15)2.5 电流调节器和转速调节器的设计 (16)2.5.1电流调节器的设计 (16)2.5.2 转速调节器的设计 (17)2.6 可逆PWM变换器 (18)2.6.1 可逆PWM变换器工作原理 (18)2.6.2 PWM控制电路 (20)2.6.3 脉宽调速系统的开环机械特性 (21)2.6.4 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数 (22)3 直流电机PWM调速系统的硬件设计 (23)3.1 直流电机 (23)3.1.1 直流电机的结构 (23)3.1.2 直流电机的基本工作原理 (24)3.1.3 直流电机的调速原理 (24)3.1.4 直流电机PWM调速基本原理 (25)3.2 单片机控制单元 (26)3.3 电源电路 (27)3.4 H桥驱动电路 (27)3.5 转速检测、反馈电路 (28)3.6 LCD显示模块 (29)4 MATLAB/SIMULINK (30)4.1 Matlab/Simulink (30)4.1.1 Matlab/Simulink 的简介 (30)4.1.2 Matlab/Simulink的语言特点 (31)4.2 Simulink的启动与界面说明 (32)4.2.1 启动Simulink (32)4.2.2 Simulink的菜单 (32)4.2.3 Simulink的功能模块组 (32)4.3 Simulink的仿真过程 (33)4.3.1 创建结构图文件 (33)4.3.2 结构图程序设计 (33)4.3.3 Simulink仿真的启动与停止 (33)4.4 建立仿真模型 (33)4.4.1 PWM发生器的建模 (34)4.4.2 H桥PWM开环调速系统仿真建模 (35)4.4.3 H桥PWM双闭环调速系统仿真建模 (35)5 直流电机PWM调速系统仿真 (36)5.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果 (36)5.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果 (38)6 总结 (40)致谢 (42)参考文献 (43)附录A：英文文献 (44)附录B：中文文献 (49)1 绪论本章首先介绍微机控制的发展及其现状的相关知识，然后介绍微机参与直流电机调速系统控制的相关技术及其设计软件。
PWM直流电动机调速控制系统毕业设计(论文)
摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。
本文设计的直流电机调速系统，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；H桥驱动电路；LED显示器；51单片机ABSTRACTDC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency. This design of DC motor speed control system, mainly by the microcontroller 51, power supply, H-bridge driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and independent key component circuits of electronic products. Power supply with 78 series chip +5 V, +15 V for motor speed control using PWM wave mode, PWM is a pulse width modulation, duty cycle by changing the MCU 51. Achieved through independent buttons start and stop the motor, speed control, turning the manual control, LED realize the measurement data (speed) of the display. Motor speed using Hall sensor output square wave, by 51 seconds to 1 microcontroller square wave pulses are counted to calculate the speed of the motor to achieve a DC motor feedback control.Keywords: DC motor speed control；H bridge driver circuit；LED display目录摘要 (1)ABSTRACT (1)目录 (2)第1章引言 (3)1.1 概况 (3)1.2 国内外发展现状 (4)1.3 要求 (4)1.4 设计目的和意义 (5)第2章方案论证和选择 (6)2.1 电机调速控制模块 (6)2.2 PWM调速工作方式 (7)2.3 PWM调脉宽方式............................ 错误！未定义书签。
直流电机PWM无级调速控制系统设计
Value Engineering 0引言直流电机具有良好的线性调速性能和动态特性，目前仍是多数调速控制电机的最佳选择，而采用PWM 技术是直流电机调速控制的首选方案。
本文提出了利用AT89C51单片机产生PWM 信号，通过模拟信号调节PWM 的占空比进而实现直流电机的无级调速。
1直流电机PWM 调速原理直流电机转速表达式为n=（U-IR ）/Ce Φ（1）由表达式（1）可知直流电机的调速方法有三种：电枢回路串联电阻（R ）的调速方法，调节励磁磁通（Φ）的励磁调速方法，调节电枢电压的电枢控制方法（U）。
电枢回路串联电阻的调速方法特点是：机械特性变软，负载变化时转速波动大，静态稳定性差，调速范围不大，轻载时调速效果不明显，有级调速，调速平滑性差，调速时R 上损耗大，效率低。
励磁调速方法也称弱磁调速一般与降压调速配合使用以扩大调速范围。
调节电枢电压的电枢控制方法也称降压调速因其具备负载变化时转速波动小，静态稳定性好，调速范围大，转速调节平滑，可实现无级调速，调速时能量损失小，效率高等优点而被广泛的应用到直流电机的调速控制中。
降压调速一般是通过脉冲宽度调制（PWM ）技术实现的，也就是通过改变电枢电压接通时间与通电周期的比值即占空比来实现直流电机的调速。
PWM 信号波形图如图1所示，占空比α=T0，则加在电枢两端的PWM 电压信号的平均值U av =T0T0+T1·U s =α·U s 。
由此可见PWM 的占空比α决定输出到直流电机电枢电压的平均电压，进而决定了直流电机的转速。
如果能够实现占空比的连续调节即可实现直流电机无级调速。
———————————————————————作者简介：岳东海（1974-），男，讲师，研究生，研究方向为机电控制；颜鹏（1979-），男，讲师，研究生，研究方向为数控系统。
直流电机PWM 无级调速控制系统设计Design of DC-Motor PWM Stepless Speed Control System岳东海Yue Donghai ；颜鹏Yan Peng（常州信息职业技术学院，常州213164）（Changzhou College of Information Technology ，Changzhou 213164，China）摘要：为实现直流电机的无级调速，本文提出以AT89C51单片机为核心，利用L298驱动芯片、ADC0808模/数转换芯片和逻辑控制电路构建直流电机的PWM 无级调速控制系统。
基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
直流电机PWM调速系统设计
直流电机ＰＷＭ调速系统设计PWM(Pulse Width Modulation)控制就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间T 对脉冲的宽度进行调制的技术。
PWM控制技术在晶闸管时代就已经产生，但是最初为了使晶闸管通断要付出很大的代价，因而难以得到广泛应用。
以IGBT、功率MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善，给PWM控制技术提供了强大的物质基础，推动这项技术的迅猛发展。
对于直流电机，采用PWM 控制技术构成的无级调速系统，起停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。
标签：直流电机PWM调速系统直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。
直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。
所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。
调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。
但这种传统的调压调速方法效率低。
随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。
其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。
只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。
最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。
一、PWM信号发生电路设计PWM信号发生器是由单片机和PWM脉冲发生电路两部分组成，其原理如图所示。
PWM脉冲可由具有PWM输出口的单片机(如80C552，80C198等)通过编程产生，或者由单片机外扩8253来构成脉宽调制器，还可以采用PWM专用芯片。
(整理)PWM控制的直流电动机调速系统设计duiqng.
设计题目：PWM控制的直流电动机调速系统设计1、前言近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。
直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。
采用传统的调速系统主要有以下缺陷：模拟电路容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而在用了PWM技术后，避免了以上的缺陷，实现了用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低成本和功耗。
另外，由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好；同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。
PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。
2、系统设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：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，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。
直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为a a ae U I R n C -=Φ∑ （1）式中 Ua ——电枢供电电压（V ）；Ia ——电枢电流（A ）；Ф——励磁磁通（Wb ）；Ra ——电枢回路总电阻（Ω）；CE ——电势系数， ，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路数，N 为导体数。
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【关键字】设计
PWM直流电机无级调速控制器
【简要说明】
一、尺寸：长80mmX宽48mmX高38mm
二、主要芯片：KA3525
三、工作电压：直流8V~24V
四、额定工作电流3A以下
五、特点：
1、具有电源指示功能
2、实现对直流电机的无级调速
3、可控制一台直流电机
4、可间接控制直流电机调速
5、PWM信号输出
6、散热片可以更换
7、调制范围可从0-100％的调整
8、最低电流消耗约为35毫安。
最大峰值电流可以达到6A。
9、效率优于90％满负荷。
主意：如果要驱动大功率直流电机，可以更换芯片使用IGBT驱动直流电机。
适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。
【图片展示】
【原理图】
【占空比】
占空比（Duty Cycle）有如下含义：１)在一串脉冲串中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲串，其占空比为0.25。
在开关电源测
试中，占空比的定义就属于这一类。
下面是占空比在其它场合的定义，供参考2)在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
在CVSD调制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比率（未完成）。
３)在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。
4)负载周期在中文成语中有句话可以形容：“三天打鱼，两天晒网”，则负载周期为0.60, 暨：三天/(三天+二天) = 3/(3+2) = 0.6。
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