直流电机的速度控制
无刷直流电机的调速与控制技术
无刷直流电机的调速与控制技术随着科技的发展，电动机在各个领域的应用越来越广泛。
而无刷直流电机作为一种高效、可靠的电机，在许多领域得到了广泛的应用。
无刷直流电机的调速与控制技术是保证电机运行稳定性和提高其性能的重要一环。
一、无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
其核心部件是电机转子上的永磁体，通过感应电流产生的磁场与定子线圈产生的磁场相互作用，从而实现电机的运转。
相比于传统的有刷直流电机，无刷直流电机省去了电刷与换向器件，因此具有更高的效率和更长的寿命。
二、无刷直流电机的调速方法无刷直流电机的调速方法主要包括电压控制调速和电流控制调速两种。
1. 电压控制调速电压控制调速是通过改变电压的大小来控制电机的转速。
在实际应用中，最常见的方式是采用PWM (Pulse Width Modulation) 调制技术。
PWM技术通过调整电压的占空比，使得电机在一个固定的周期内以不同的占空比工作，从而实现不同的转速。
这种方法简单易行，但是对于大功率的无刷直流电机，其调速范围较窄。
2. 电流控制调速电流控制调速是通过改变电机定子线圈的电流来控制电机的转速。
常见的控制方法有开环控制和闭环控制。
开环电流控制是在电机定子线圈中加回馈电阻，通过改变反馈电阻的大小来调整电流。
这种方法结构简单，控制参数易调，但是系统稳定性较差，无法适应负载的变化。
闭环电流控制是在开环控制的基础上加入反馈环节，通过传感器测量电机的电流，并与设定的电流进行比较，通过PID控制算法来调整控制器输出的电压，从而控制电机的转速。
这种方法可以提高系统的稳定性和动态响应性能，适用于对转速精度和系统稳定性要求较高的应用。
三、无刷直流电机的控制技术无刷直流电机的控制技术是实现电机调速的重要手段之一。
根据不同的应用场景和需求，可以选择不同的控制方法。
1. 速度控制速度控制是无刷直流电机最基本的控制方式。
通过改变电机的输入提速，可以控制电机的转速。
直流电机的三种转速控制方法
直流电机的三种转速控制方法
直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电力设备和工业机械中。
在实际应用中，为了满足不同的工作需求，需要对直流电机的转速进行控制。
下面将介绍直流电机的三种常见转速控制方法。
一、电压调节法
电压调节法是一种简单常用的直流电机转速控制方法。
通过调节电源的输出电压来控制直流电机的转速。
当电源电压增大时，直流电机的转速也会随之增加。
这种方法适用于转速变化范围较小的情况，例如风扇、泵等。
二、电阻调节法
电阻调节法是一种通过改变电阻来控制直流电机转速的方法。
在直流电机的电路中串接一个可调电阻，通过改变电阻的阻值来改变电机的转速。
当电阻增大时，电机的转速会减小。
这种方法适用于转速变化范围较大的情况，但效率较低。
三、PWM调节法
PWM调节法是一种通过改变脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转速的方法。
通过控制开关管的导通时间，使得电机得到短时间的高电压和长时间的低电压，从而实现对电机转速的控制。
这种方法具有调速范围广、效率高的特点，适用于对转速要求较高的场合，
例如机械加工、自动化生产线等。
以上是直流电机的三种常见转速控制方法。
不同的控制方法适用于不同的应用场景，根据实际需求选择合适的方法可以提高电机的性能和效率。
同时，随着科技的不断进步，还出现了更多先进的转速控制技术，例如矢量控制、闭环控制等，这些方法在特定的领域中得到了广泛应用。
未来，随着技术的不断发展，直流电机的转速控制方法将会更加多样化和高效化。
电机控制公式
电机控制公式
电机控制公式可以根据具体的电机类型和控制方式有所不同。
以下是一些常见的电机控制公式：
1.直流电机速度控制公式：
o电动势方程：E = Kϕω，E为电动势，K为电机常数，ϕ为磁通量，ω为角速度。
o转矩方程：T = KtI，T为转矩，Kt为电机转矩常数，I 为电流。
2.三相感应电机速度控制公式：
o转矩方程：T = KsIs，T为转矩，Ks为电机转矩常数，Is为电流。
o转速公式：N = (120f) / P，N为转速，f为电网频率，P为极数。
3.步进电机控制公式：
o步进角度公式：θ = 360 / S，θ为步进角度，S为步进角度。
o脉冲频率公式：f = N / (S × T)，f为脉冲频率，N为转速，T为步进周期。
需要注意的是，电机控制公式通常是基于理想条件下的模型推导出来的，并且不考虑实际电机的非线性和动态特性。
在实际应用中，电机控制还需要考虑到控制器的影响、传感器反馈、电机参数变化等因素，因此在具体控制系统设计时，需要结合
实际情况进行调整和优化。
直流电机的调速方法是
直流电机的调速方法是
直流电机的调速方法主要有以下几种：
1. 调节电枢电流：改变电枢电流的大小可以改变电机的转矩和速度。
通过改变电枢电流的大小，可以实现电机的调速。
2. 调节电枢电压：通过改变电枢电压的大小，可以改变电机的转矩和速度。
通过调节电枢电压可以实现电机的调速。
3. 脉宽调制（PWM）：通过改变电源电压的调制方式，即改变电源电压的占空比，可以实现电机的调速。
通过改变占空比可以控制电机的平均输出电压，从而实现电机的调速。
4. 串联电阻调节：通过串联电阻来改变电机的电压，同时也改变了电机的转矩和速度。
通过改变串联电阻的大小可以实现电机的调速。
5. 磁场弱磁饱和调节：通过改变磁场的弱磁饱和程度，可以改变电机的转矩和速度。
通过调节磁场的弱磁饱和程度可以实现电机的调速。
以上是一些常见的直流电机调速方法，根据具体情况选择适合的调速方法。
直流电机调速的三种方法及公式
直流电机调速的三种方法及公式嘿，朋友们！今天咱来聊聊直流电机调速的那些事儿。
直流电机调速啊，就好比是驾驭一匹烈马，得有合适的方法和技巧才能让它乖乖听话，按照咱的心意跑起来。
先来说说第一种方法，那就是改变电枢电压啦。
就像给马调整缰绳的松紧一样，通过改变电枢电压，就能控制电机的速度。
这就好比你开车的时候，踩油门轻重不一样，车速也就不一样啦。
这其中的公式呢，就是转速和电枢电压成正比关系哦。
再讲讲第二种方法，改变电枢回路电阻。
这就像是给马走的路设置不同的阻力，电阻大了，电机转得就慢些；电阻小了，电机就跑得快啦。
不过这种方法不太常用哦，毕竟改变电阻有时候不太方便呢。
最后说说第三种，改变励磁电流。
这就好像是调整马的精神状态，励磁电流一变，电机的速度也跟着变啦。
咱举个例子啊，想象一下，直流电机就像是一个大力士，电枢电压就是他的力量源泉，决定他能使多大劲儿；电枢回路电阻就是他脚下的绊脚石，多了就跑不快；励磁电流呢，就是他的心情，心情好干劲足，速度就快。
这三种方法各有各的特点和用处呢。
有时候我们根据实际情况，选择最合适的那种来给直流电机调速。
就像我们出门，得根据天气、路程等因素选择是走路、骑车还是开车一样。
在实际应用中，可不能马虎哦。
要仔细研究电机的特性，根据需要来选择调速方法。
不然啊，就像是让马乱了套，可就不好啦。
所以啊，直流电机调速可不是一件简单的事儿，得好好琢磨琢磨。
要把这三种方法都掌握好，就像有了三把钥匙，能打开不同情况下电机调速的大门。
朋友们，你们说是不是这个理儿呀？咱可得把这直流电机调速给玩转咯，让它为我们的各种设备好好服务呀！这就是直流电机调速的三种方法及公式啦，大家都记住了吗？。
直流电机调速公式
直流电机调速公式
直流电机调速公式是用来描述直流电机转速与电压和负载之间的关系的数学公式。
直流电机调速是指通过调节电压或改变负载来控制电机的转速。
直流电机调速公式可以用以下方式表示：
N = k * V / Φ
其中，N表示电机的转速，k是一个常数，V表示电压，Φ表示磁通量。
这个公式可以解释为：电机的转速与电压成正比，与磁通量成反比。
当电压增加时，电机转速也会增加；当磁通量增加时，电机转速会减小。
直流电机调速公式的推导基于电机的基本原理和电磁感应定律。
直流电机是通过电流在电枢线圈中产生的磁场和永磁体之间的相互作用来产生转矩的。
当电压和负载发生变化时，电机内部的磁场也会发生变化，从而影响电机的转速。
调速公式的推导过程比较复杂，需要考虑电机的内部结构、磁场分布、电流分布等因素。
在实际应用中，可以通过调节电压或改变负载来实现对电机转速的控制。
例如，通过增加电压可以提高电机的转速，而通过改变负载可以降低电机的转速。
直流电机调速公式在工业生产和科学研究中具有重要意义。
它可以
帮助工程师和研究人员设计和优化电机控制系统，实现精确的转速调节。
同时，它也为电机的故障诊断和维修提供了理论基础。
直流电机调速公式是描述电机转速与电压和负载之间关系的重要工具。
掌握和理解这个公式可以帮助人们更好地理解和应用直流电机调速技术。
通过合理地调节电压和负载，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同应用场景的需求。
第三章直流电动机速度控制系统
机械特性与静差率
n n01
额定转速降
ΔnN
R nN I N Ce
U d1
n02
是一个恒值。 调速系统在不 同电压下的机 械特性是互相 平行的，两者 的硬度相同。
1-25
ΔnN
Ud2
0
TeN
Te
图3-4 不同转速下的机械特性
机械特性与静差率
• 调速系统在不同电压下的理想空载转速 不一样。 • 理想空载转速越低时，静差率越大。 • 同样硬度的机械特性，随着其理想空载 转速的降低，其静差率会随之增大， • 调速系统的静差率指标应以最低速时能 达到的数值为准。
1-12
n n0
Ra Ra+R1 Ra+R2 Ra+R3
0
Id
图3－1 直流电动机调阻调速时的机械特性
1-13
减弱磁通调速法
U R n T n n 0 2 e K K K （3-3） e e m
• 理想空载转速 n 0 将随 增大。 的减少而
1-14
减弱磁通调速法
1-4
第一节
直流电动机控制基础
• 直流伺服电机的分类 直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他 励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁 合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷 绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、 转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增 量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不 同品种。
（3-5）
1-23
2. 静差率
• 当系统在某一转速下运行时，负载由理 想空载增加到额定值时电动机转速的变 化率，称为静差率s。
• 用百分数表示 s
nN s n0
电机速度开环控制和闭环控制
实验三十三 电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、 实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。
三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。
本实验采用电枢控制方式，如图33-1所示。
本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。
连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。
发电机输出电压兼作被控电机速度反馈电压。
2． 开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。
扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。
闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。
闭环控制原理方框图如图33-2。
当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。
采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。
因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。
E图33-1直流电机速度的电枢控制方式图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图33-3。
图33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；)(11s G G =)(22s G G = 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数；)(s G G c c = 为顺馈控制通道传递函数；R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度；E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。
由扰动到输出的传递函数可知，扰动引起的稳态误差为D G G G G GE c R 212101)1(++−== （33-1） 当选择顺馈回路传递函数为 11G G c −= （33-2） 时，有00==R E ，即扰动对输出没有影响。
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EDA课程设计报告直流电机的PWM调速一、概述直流电动机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，可实现频繁的快速起动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
电动机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向之一。
采用微机控制后，整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。
由于CPLD/FPGA性能优越，具有较佳的性能价格比，所以在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。
PWM 调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：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。
二、PWM调速的原理图（1）图（1）是全桥型的电机驱动电路，利用的是三极管的电流放大来驱动电机。
从图上我们可以看到当Q4和Q3导通时，电机正转；当Q1和Q2导通时，电机反转。
设电机速度从静止开始加速，如图（2）所示，首先Q3，Q4必须维持导通一段时间，此时电机所承受的电压约为供电电压U，称之为强加速。
待速度接近目标速度时，加速可以减缓，此时Q3，Q4和Q1，Q2轮流导通，只是Q3，Q4在一个周期内所导通的时间t on比Q1，Q2导通的时间t off长一些，在此称为弱加速。
任何时刻，电机所承受的平均电压U O，表示为U O = U×(t on-t off)( t on +t off)。
如果速度已经达到目标，便可以调整t off 和t on的时间比例使之相等，此时平均电压为0，是定速控制。
由此可知，平均电压若为正值时，是加速控制；负值时是减速控制；为零时即达到匀速。
图（2）三、程序的设计在整个程序设计中，我们可以把他分成几个部分1、PWM波形的产生LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PWM ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;U_D ,D_D: IN STD_LOGIC;CQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END PWM;ARCHITECTURE ONE OF PWM ISSIGNAL CQI : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF U_D = '1'AND D_D = '0' THENIF CQI = 255 THEN CQI <= "11111111";ELSE CQI <= CQI + 1;END IF;ELSIF U_D = '0'AND D_D = '1' THENIF CQI=0 THEN CQI <= "00000000";ELSE CQI<= CQI-1;END IF;ELSE CQI <= CQI;END IF;END IF;END PROCESS;CQ <= CQI;END PROCESS ;END ONE;上述程序中，一个PWM周期由256个时钟周期clk组成。
通过U_D和D_D来改变一个周期中PWM周期中高低电平的比值，即PWM输出信号的占空比。
驱动直流电机转动的是PWM电流的平均值，PWM输出信号的占空比变化，也就改变了直流电机的转速。
U_D表示增加占空比；D_D表示减少占空比。
下面四幅仿真图表示的是四种状态：当U_D=1，D_D=0时CQ增加；当U_D=0，D_D=1时CQ减少；当U_D=1，D_D=1时CQ不变；当U_D=0，D_D=0时CQ不变；程序的仿真图为：图（3）图（4）图（5）图（6）2、7段译码器程序LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ;ENTITY DECL7S ISPORT ( A : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) ) ;END ;ARCHITECTURE one OF DECL7S ISBEGINPROCESS( A )BEGINCASE A ISWHEN "0000" => LED7S <= "0111111" ;WHEN "0001" => LED7S <= "0000110" ;WHEN "0010" => LED7S <= "1011011" ;WHEN "0011" => LED7S <= "1001111" ;WHEN "0100" => LED7S <= "1100110" ;WHEN "0101" => LED7S <= "1101101" ;WHEN "0110" => LED7S <= "1111101" ;WHEN "0111" => LED7S <= "0000111" ;WHEN "1000" => LED7S <= "1111111" ;WHEN "1001" => LED7S <= "1101111" ;WHEN "1010" => LED7S <= "1110111" ;WHEN "1011" => LED7S <= "1111100" ;WHEN "1100" => LED7S <= "0111001" ;WHEN "1101" => LED7S <= "1011110" ;WHEN "1110" => LED7S <= "1111001" ;WHEN "1111" => LED7S <= "1110001" ;WHEN OTHERS => NULL ;END CASE ;END PROCESS ;END ;这个程序是7段数码管的显示程序，改程序中没有考虑数码管的小数点（h 段）。
如果需要添加段h，则程序中LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO0)的（6 DOWNTO 0)改为（7 DOWNTO 0)。
四、体会这次的课程设计是当做期末考试来算的，所以从一开始选题的时候就开始比较重视，是做交通灯，流水灯还是汽车尾灯这些比较经典的设计呢？还是作别的？我自己一开始也很矛盾。
后来考虑到自己最近在做电机的驱动方面的东西，所以想想可不可以用VHDL来实现。
所以就选择了这个题目。
选择了这个题目后，一开始信心还是满足的。
因为对于一些硬件的电路我还是比较熟悉的。
可是后来发现问题还是蛮多的，有些问题到现在还不知道怎么解决，所以这次的课程设计也许就不是很完美了。
在我一开始的预想中，打算使用PWM来驱动电机，然后用光电编码电路来测出实时的速度，通过反馈来调节PWM 控制电机。
对于这个思路，我是比较有信心的，因为在单片机上我实践过很多次了。
但是在实际的操作过程中，由于本身对于VHDL语言的不熟悉，有些在C 语言中的编程方法不知道怎么运用到VHDL语言中去。
还有一个比较大的问题是，我不知道如何在MAXPLUS中检测电机的实时速度，考虑到可以通过给定值，但是这个速度又是通过电机来实时改变的，所以在这个问题上也有些迷茫。
如果说通过给定一个实时速度，通过PWM的改变来使得电机的转速改变达到目标值，我个人认为也就失去了连续性，也就失去了闭环的作用，而且该场景完全可以通过手动的控制PWM的值来模拟。
鉴于上面的一些问题，也考虑到时间的问题，所以我没有把速度闭环，通过手动的调节占空比来调节电机的速度。
对于这个方案，自己也觉得比较简单，但是我也认为本次的课程设计没有结束，对于我一开始的思路，我也一直在想办法努力去实现。
对于通过手动调节占空比的程序，原型来自于书本上的一个示例程序，但是基本上把主程序给改了，对于原程序中的功能实现有了很大的改变。
首先是在分级上，我选了256级得，其次是在原程序中通过U_D的两个状态来实现占空比的增大和减少，这种方法在实际操作中会使得电机的占空比一直在改变。
所以我改进了程序，加入了一个D_D的按钮，通过与U_D组合形成四个状态，完全能够满足电机运行的几种状态。
对于译码程序，如果硬件电路中含有译码器的话就完全没有必要了，直接映射过去就可以了，如果没有的话，加入译码程序就可以在数码管上显示。
最后能做完这次设计，我觉得还是比较的不错，虽然有些预想的功能没有实现，但是没办法，我确实是努力了！当然也许这过程只有自己清楚，但是只要对得住自己的心就好了，我觉得最重要的并不是这最后的结果，只有这其中的过程才是最后重要的，我学会怎么样去探索，去求知，去解决实际问题，这都比最后的结果重要！。