直流电动机转速控制系统设计开题报告
直流电动机转速自动控制系统实验报告
设计报告正文第一章直流电动机转速自动控制系统的组成原理1.1 广义对象的组成原理1.1.1 被控对象直流电动机工作原理和被控制量1、被控对象：电动机被控量：电动机的转速2、直流电动机的原理：基于电磁感应定律，即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；或者说匝线链线圈的磁通发生变化，在线全中产生感应电势。
N极下到导体中的电流流出纸面，用Θ表示。
S极下到导体中的电流流出纸面，用⊗表示载流导体在磁场中受到电磁力的作用。
如果导体在磁场中的长度为L，其中流过的电流为i,导体所在的磁通密度为B，那么导体受到的磁力的值为F=BLI 式中，F的单位为牛顿（N）；B的单位为韦伯/米2（Wb/m2）;L的单位为米（m）；I的单位为安（A）；力F的方向用左手定则来确定。
1.1.2 功率放大器的组成原理功放的作用是通过对控制信号的功率放大以产生足够的功率来驱动执行机构。
功率放大器的工作原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率将电源转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数。
应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这种现象成了功率放大。
而场效应管则是栅极变化一毫伏，原极电流变化一安，就成称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号来控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率输出，并非真的将功率放大了。
1.1.3 测速元件工作原理因此电刷两端的感应电势与电机的转速成正比，即电势值能表征转速的大小，因此直流测速发电机可以把转速信号转换成电视信号，从而用来测速。
测速装置由电机，光栅盘，等组成。
1.2广义对象数学模型的建立1.2.1广义对象时间响应特性的测试1.2.1.1测试实验原理图G(s)=)()(s s N 输出量 G （s ）=Φ(s)-1Φ(s)Φ(s)=）输入量（s )(s N （可以消除干扰）输入——> ------------G(s) 输入G(s)n1.2.1.2测试过程与方法时域法：通过测量对应特定输入信号的系统输出响应，来确定系统的 传递函数。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统的开题报告
基于51单片机的PWM直流电机调速系统的开题报告一、选题背景无人机、智能小车、智能家居等智能设备的出现给我们的生活带来了很多便利，这些设备中大多数都是由直流电机驱动，而直流电机的速度控制非常关键。
基于此，本次毕业设计选题基于51单片机实现PWM控制直流电机转速。
通过选题研究，可以学习到单片机控制电机的基本原理、PWM技术的应用、电机控制电路的搭建、硬件电路的设计等方面的知识。
二、选题意义本次设计选题的实现可以为直流电机的调速提供有效的解决方案。
同时，通过研究不同类型的电机控制方法，可以有效提高电机控制的精度和灵活性，丰富我们的电子知识储备。
三、研究内容通过研究，本次设计的具体内容包括以下几个方面：1. 了解直流电机的基本工作原理及其特性。
2. 介绍51单片机的基本原理，编写程序控制单片机输出PWM信号。
3. 建立电机控制电路，使用PWM信号控制直流电机转速。
4. 通过实验对电机的控制效果进行验证，分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法。
四、研究方法本次设计选题的研究方法主要包括理论分析和实验验证两个部分。
1. 理论分析：通过学习相关理论知识，了解控制电路的原理、调速器的设计方法等。
2. 实验验证：建立实验平台进行实验验证，通过实验数据分析调试电路、程序。
五、预期目标通过本次毕业设计的研究，预期达到以下目标：1. 掌握51单片机的编程基本知识。
2. 了解 PWM 技术的原理，掌握 PWM 频率、占空比的调节方法。
3. 了解直流电机的基本工作原理及其特性，建立电机控制电路进行控制。
4. 能够根据实验数据分析控制效果与不同参数的关系，优化控制方法并提高控制效果。
六、论文结构本次毕业设计选题所涉及的论文结构如下：第一章：绪论1.1 研究背景及选题意义1.2 研究目的和意义1.3 研究现状和发展趋势1.4 研究内容和方法第二章：理论分析2.1 直流电机的基本原理2.2 51单片机的基本原理2.3 PWM技术的基本原理2.4 电机控制电路设计第三章：系统设计3.1 硬件设计3.2 调速器设计3.3 程序设计第四章：系统实现与测试4.1 数据采集与实验测试4.2 实验结果分析4.3 结果优化与改进第五章：总结与展望5.1 工作总结5.2 未来研究方向参考文献。
西安交通大学自控实验五直流电机转速控制系统设计实验报告
西安交通大学自控实验五直流电机转速控制系统设计实验报告自动控制原理实验报告实验52021-12-20实验五直流电机调速系统的设计一、实验目的1.了解直流电机转速测量和控制的基本原理。
2.掌握labview图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序。
3.熟悉pid参数对系统性能的影响，通过pid参数调整掌握pid控制原理。
二、实验设备计算机一台，nielvis多功能虚拟仪器综合实验平台一套，labview软件，万用表一个，直流电机一个，光电管一个，电阻若干，导线若干。
三、实验任务1.使用nielvis可变电源提供的电源能力，驱动直流马达旋转，并通过改变电压改变其运行速度；2.通过光电开关测量电机转速；3.通过编程将可变电源所控制的马达和转速计整合在一起，基于计算机实现一个转速自动控制系统。
四、实验步骤任务一：通过可变电源控制电机旋转1任务二：通过光电开关测量电机转速任务三：通过程序自动调整电源电压，从而逼近设定转速编程思想：PID控制器的输入SP为预期转速输出，PV为实际测量的电机转速，MV为PID输出控制电压。
SP是来自前面板的输入；PV通过光电开关测量电机转速获得；将PID 的输出控制电压连接到“可变功率控制电机旋转”模块的电压输入控制端子，以控制可变电源以产生所需的直流电机控制电压。
通过不断检测电机转速与期望值之间的偏差，并通过PID控制器生成控制信号，实现对直流电机转速的负反馈控制。
PID参数：比例增益：0.002积分时间：0.010微分时间：0.006采样率和待读取样本：采样率：500Ks/s待读取样本：500启动死区：电机刚通电时，速度为0，脉冲周期为0，脉冲频率无限。
通过设置速度的“虚拟下限”来解决问题。
本实验中的电机转速2最大值为600r/min。
因此，可以将上限设置为600r/min。
当超过上限时，速度的虚拟下限设置为100r/min。
改进：利用labview中的移位寄存器对转速测量值取滑动平均。
直流电动机转速控制系统设计开题报告
1．本课题的研究内容、重点及难点 研究内容
直流电动机因其良好的起动性能和调速性能而得到广泛的应用。 直流电动机在社会 的应用很广泛，常应用于对起动和调速有较高要求的场合，例如在工矿、交通、医疗、 工业自动化等等行业。 利用单片机控制直流电动机转速往往可以提高系统的可靠性，抗 干扰能力，维修方便，能耗低，性价比高等特点。 直流电动机转速控制系统主要应用常应用于对起动和调速有较高要求的场合， 其良 好的起动性能、 调速性能和制动性能而在高铁、 工业、 航空航天等领域得到了广泛应用。 因此研究直流电动机转速控制的原理有着很大的现实意义。 本课题的研究内容是基于单 片机控制直流电动机转速控制系统要求采用闭环反馈控制。直流电动机初始速度为零， 并且通过液晶屏显示速度。本课题的研究内容主要有以下几个方面： （1） 研究直流电动机的工作原理； （2） 研究直流电动机的测速原理； （3） 研究直流电动机的闭环反馈控制； （4） 研究如何利用单片机系统设定转速、转速数据采集，反馈处理数据； （5） 研究直流电动机的闭环反馈控制减少转速稳态误差； （6） 研究直流电动机转速控制系统的硬件。
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系统组成如图 2 所示：
LED 显示 驱动 电路 键盘
直流 电机
光电 编码器
AT89S52
A/D 转换
电位给定
电流检测 图2 系统组成
（3）软件设计 主程序软件流程图如图 3 所示，主要完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化 以后，实现键盘处理、刷新显示等功能。 主程序软件流程图如图 3 所示：
研究重点及难点
重点： （1） 直流电动机转速控制系统的硬件设计，使基本硬件电路能满足初始速度为零， 额定负载时，单位阶跃响应超调量<5%，转速稳态误差<±5%； （2）选择合适的测速元件，更能精准的测出直流电动机的转速； （3）正确设计转速的程序,其偏差按某种控制算法进行计算，所得数字量输出信号 经 D／A 转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行调节，使其保持在设定值上。 难点： （1）利用数字 PID 技术实现对直流电动机的闭环控制； （2）如何合理单片机程序，使之能精确测量出直流电动机的转速； （3）如何减少额定负载时的转速稳态误差。
直流电机控制系统开题报告
毕业设计（论文）开题报告题目：直流电机控制系统专业：电子信息工程班级：０８级学生：辛国鹏指导教师：***西安理工大学高科学院２０１２年一、毕业设计（论文）课题来源、类型本课题来源为社会实践，属于科研软件\硬件。
二、选题的目的及意义选题的目的：由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。
选题的意义：对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。
稳速很难达到要求原因在于数字直流调速装置中的PID调节器对被控对象及其负载参数变化适应能力差。
直流电机的数学模型很容易得到，这使得经典控制理论在己知被控对象的传递函数才能进行设计的前提得到满足，大部分数字直流调速控制器就是建立在此基础上的。
然而，在实际的传动系统中，电机本身的参数和拖动负载的参数并不如模型那样一成不变，尤其对于中小型电机，在某些应用场合随工况而变化;同时，直流电机本身是一个非线性的被控对象，许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素，因此，被控对象的参数变化与非线性特性，使得线性常参数PID 调节器顾此失彼，不能使系统在各种工况下都能保持设计时的性能指标，往往使得控制系统的鲁棒性差，特别是对于模型参数大范围变化且具有较强非线性环节的系统，常规PID调节器难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。
在工程上，这种控制器就很有可能满足不了生产的需求，如:轧钢工业同轴控制系统、回转窑传动装置、轧辊磨床拖板电控系统等都需要在生产过程中保持稳定的转速要求，而生产负载参数却是随着工况变化的。
无刷直流电机调速系统--毕业设计开题报告
***************本科毕业设计（论文）开题报告学生姓名**班级 ***** 学号 ***********题目无刷直流电机调速系统的研制指导教师 ******所在系电子与信息工程专业 ******教学服务中心制表2013年03月本科毕业设计（论文）开题报告本设计以DSP控制系统控制电机，DSP选用TMS320F2812芯片。
当按下启动按钮，DSP控制系统开始运行，DSP控制系统控制电机驱动程序，无刷直流电机开始工作，通过人机监控系统来实现监测控制，在人机监控界面设置增加或降低转速按键，信号从人机监控系统传入DSP 控制系统，DSP控制系统接收信号并对电机驱动系统发出指令，从而实现对无刷直流电机转速的调控。
②各单元的主要作用：DSP控制单元：根据系统的运行设定参数以及系统的实时运行状态来实现对无刷直流电机的自适应调整控制；电机驱动及系统保护单元：主要完成对信号的放大和检测，当电机运行出现异常时，驱动芯片就会根据反馈的信息产生报错信号，并同时使电机驱动端口输出强制置低，锁定电机起到保护作用；人机监控单元：实现对系统实时运行监控，根据运行情况的改变进行必要的人为调整；检测单元：采集电机运行的相关信息，包括主回路电流信号、主驱动电压信号、电机转速及转相，并送给 DSP 主控制器。
③主要设计内容：1、DSP 数字信号处理控制系统的设计；2、人机界面监控系统的设计；3、电机驱动电路的设计；4、系统硬件电路的设计；5、系统检测保护电路的设计；6、系统软件控制设计；3.主要进度安排时间（月/日）毕业设计任务安排3/01-3/18 整理资料，了解电动机工作原理和DSP控制系统的设计，完成开题报告。
3/19-3/31 通过查找资料，完成系统硬件电路的设计并画出系统硬件电路原理图。
4/01-4/15 完成电机驱动系统的设计及系统工作原理图。
4/16-4/30 完成系统控制软件的编写与调试并作出软件控制的原理图。
(完整版)直流电动机转速控制--开题报告
本文初步设计的直流电动机转速监测系统的结构框图如下：
总体设计原理
2.2.1 硬件模块介绍
（1）单片机系统电路：单片机MCS-51及其晶振，复位电路等；主要完成对外设备的信号输出、反馈信号的处理、按键信号的处理等；
（2）电机控制电路：以L298为核心，单片机输出信号通过L298转换后将其送给电机，主要通过软件编程驱动相应的执行器来实现；L298为H桥驱动芯片，可以为负载提供双向的电流。适合驱动2相或4相的步进电机，也可以驱动2台普通的有刷直流电动机，驱动电流为2A。
1．毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况
1.1 题目背景
在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，随着对生产工艺、
产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。由于直流电动机具有优良的调速性能，具有较大的启动转矩和良好的起、制动性能以及在大范围内实现平滑无级调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，因此，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在要求高的起、制动转矩，快速响应和宽速度调节范围的电气传动中，如轧钢，矿山采掘，海洋钻探，金属加工，纺织等场合，仍广泛采用直流电动机作为执行电机的直流调速系统。
1.3 国内外相关研究
我国现在大部分数字化控制直流调速装置依靠进口,直流调速系统的发展过程是一个从简单到复杂、从开环到闭环的不断丰富完善的过程。最早的直流调速系统是通过改变直流电动机电枢回路中的电阻来实现调速。虽然这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。随着单片机技术的日新月异,使许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,而且使系统能达到了更高的性能,从而大大节约了人力资源,降低了系统成本,有效地提高了工作效率。目前，国内许多大专院校、科研单位和厂家也都在开发全数字直流调速装置。
基于DSP的直流电机调速系统控制器设计的研究的开题报告
基于DSP的直流电机调速系统控制器设计的研究的开题报告一、选题背景随着工业自动化的不断发展以及节能降耗的需求逐渐增加，直流电机调速系统控制器成为了工业控制领域的重要研究课题之一。
目前，常见的直流电机调速系统控制器存在着调速范围狭窄、控制效果不稳定等问题，严重影响了直流电机系统的稳定运行和应用。
二、研究目的本课题旨在研究基于DSP的直流电机调速系统控制器设计，以提高电机的调速范围和控制效果，实现电机稳定运行和节能降耗的目的。
三、研究内容和方法（一）研究内容：1. 分析直流电机调速系统的基本原理和性能特点。
2. 研究基于DSP的直流电机调速系统控制器设计原理和方法。
3. 设计直流电机调速系统控制器的硬件电路和软件控制程序，并进行仿真和测试。
（二）研究方法：1. 通过文献资料调研、实地调查等方式，深入了解直流电机调速系统的基本原理和性能特点。
2. 采用MATLAB/Simulink软件进行直流电机调速系统模拟和仿真。
3. 通过CCS软件编写控制程序，搭建基于DSP的直流电机调速系统控制器。
4. 在硬件平台上进行实验，测试直流电机调速系统控制器的效果和性能。
四、预期成果本课题预计可以实现以下成果：1. 设计出基于DSP的直流电机调速系统控制器。
2. 实现电机调速范围的拓宽和控制效果的稳定。
3. 实现直流电机系统的稳定运行和节能降耗。
五、研究意义1. 丰富了直流电机调速系统控制器的研究内容和方法，提高了直流电机系统的调速精度和运行稳定性。
2. 为节能降耗和工业自动化提供了技术支持和实践指导。
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现有设备和实验条件
个人计算机、51 单片机开发板、示波器、直流稳压电源、数字万用表，开放实验室
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3．实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料 实施方案
本课题有三个主要问题需要解决，分别是系统整体设计、系统转速稳态误差、系统 程序和系统实物设计制作。 其中， 系统整体设计可以通过查阅相关资料和借鉴工业成品 来解决； 系统转速稳态误差主要通过所学知识和查阅相关资料吸取总结已有经验，减少 转速控制系统误差； 软件程序的设计和实物的制作与调试可以根据所学知识进行，对于 该过程中所遇到的问题可以通过查阅相关资料，和同学讨论，询问指导老师，到实验室 进行试验等手段解决。 具体如下： （1）系统设计 基于 PWM 和 PID 的直流电动机转速控制系统的原理框图如图 1 所示。 系统以单片 机为基础，根据 PWM 调速的基本原理，通过改变直流电动机电枢电压的占空比来改变 平均电压的大小，从而控制电动机的转速，实现对直流的平滑调速。系统可以通过单片 机键盘或者电位器来控制给定速度的大小。
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主要参考文献
[1] 顾绳谷 .电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2010 [2] 王益全 .电动机原理与实用技术[M].北京：科学出版社，2005 [3] 宋庆环 .直流电动机调速系统中的应用[J].选煤技术，2008（04） ：57-58 [4] 胡寿送 .自动控制原理[M].北京：科学出版社，2013 [5] 陈毅，陈伯时 .电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2009 [6]王连英.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008. [7] 牛洁，周静 .基于霍尔传感器的直流电机转速测量系统设计[J]. 电子测试，2008， （05） ：74-78 [9] 刘小兵，刘任庆 .电单片机在直流电机转速控制系统中的应用[J]. 电气开关，2008， （04） ：54 [9] 张涛，张晓宇，王辉俊 .基于 PWM 和 PID 的直流电机控制系统设计与制作[J]. 实验室研究与探 索，2014， （33） ：134-138 [10] Neyram H,Ming C,Leu plete model characterization of brushless DC motors[J].IEEE Transactions on Industry Application,1993,28(1):172-180
研究重点及难点
重点： （1） 直流电动机转速控制系统的硬件设计，使基本硬件电路能满足初始速度为零， 额定负载时，单位阶跃响应超调量<5%，转速稳态误差<±5%； （2）选择合适的测速元件，更能精准的测出直流电动机的转速； （3）正确设计转速的程序,其偏差按某种控制算法进行计算，所得数字量输出信号 经 D／A 转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行调节，使其保持在设定值上。 难点： （1）利用数字 PID 技术实现对直流电动机的闭环控制； （2）如何合理单片机程序，使之能精确测量出直流电动机的转速； （3）如何减少额定负载时的转速稳态误差。
开题报告
1．本课题的研究内容、重点及难点 研究内容
直流电动机因其良好的起动性能和调速性能而得到广泛的应用。 直流电动机在社会 的应用很广泛，常应用于对起动和调速有较高要求的场合，例如在工矿、交通、医疗、 工业自动化等等行业。 利用单片机控制直流电动机转速往往可以提高系统的可靠性，抗 干扰能力，维修方便，能耗低，性价比高等特点。 直流电动机转速控制系统主要应用常应用于对起动和调速有较高要求的场合， 其良 好的起动性能、 调速性能和制动性能而在高铁、 工业、 航空航天等领域得到了广泛应用。 因此研究直流电动机转速控制的原理有着很大的现实意义。 本课题的研究内容是基于单 片机控制直流电动机转速控制系统要求采用闭环反馈控制。直流电动机初始速度为零， 并且通过液晶屏显示速度。本课题的研究内容主要有以下几个方面： （1） 研究直流电动机的工作原理； （2） 研究直流电动机的测速原理； （3） 研究直流电动机的闭环反馈控制； （4） 研究如何利用单片机系统设定转速、转速数据采集，反馈处理数据； （5） 研究直流电动机的闭环反馈控制减少转速稳态误差； （6） 研究直流电动机转速控制系统的硬件。
2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验直流电动机转速控制系统研究概况[1-3] 在现代的工业生产中，直流电动机是很重要的驱动设备。在航空航天、工业自动化 等行业对对起动和调速有较高要求的场合，直流电动机是很常用的控制对象。随着科技 的发展， 促进和改变了直流电动机调速控制逐渐的从模拟向数字化发展，特别是在单片 机应用中， 促进了直流电动机调速控制技术走向了一个全新的阶段，更加的智能化和提 高可靠性已成为了必定发展的趋势。 与交流电动机调速相对比， 直流电动机调速控制的原理比较简单。仅仅只要改变直 流电动机的电压就可以实现电动机的正反转。通常改变电压的方法有很多种，最常见的 是采用脉冲宽度调制（PWM） ，调节电动机的电枢电压的占空比就能控制直流电动机的 平均电压，从而调节其转速。 （2）国内的发展趋势[4-9] 在我国，电动机的生产和起步都比较晚，但是发展非常的迅速。 在 1966 年中电动机已经开始生产和应用，如江苏、南京等地都有产生，并且在各 行各业中都有使用， 所有半导体器件的驱动电路基本都是国产化，伴随着改革开放的步 伐，80 年代直流电动机在我国发展很迅速。 在小功率电动机中， 经过了 40 多年的发展，特别在改革开放的 20 多年来的快速发 展，取得了很大的进步。在我国，小功率电动机的发展可以分为两个阶段，第一阶段， 顺应我国家电也发展的需要，应用于风扇、空调、洗衣机、排烟机、保健等产品的小功 率电机，国内的企业通过技术引进、设备引进吸收、已经缩小了同发达国家的距离，有 部分的产品已经达到了世界先进的水平，企业有了很多的自主研发的能力、自主知识产 权，同时也形成了一些国内外知名的品牌。电机产品自身大量出口国外等国际市场，成 为我国电机出口业务的主要部分。第二阶段，随着我国汽车工业的发展，车用小功率的 需求也迅速的增长，带动了永刷直流和无刷直流电机主题的车用功率型电机的兴起。 我国未来的电机发展趋势， 由于能源和环境的问题的日益重要，对于工业领域的主 要动力设备-中小型异步电动机，国外出现了更高效率的所谓“超高效率电机” 。在我国 也有必要考虑超高效率电机的发展和应用。超高效率电机具有节能潜力和经济效益，对 于使用在经济上也是颇为有力的，具有降低损耗、提高效率等途径。