直流电动机转速控制--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。
直流电机转速控制实验报告
直流电机转速控制实验报告自动控制原理实验实验报告直流电机转速控制设计一、实验目的1、了解直流电机转速测量与控制的基本原理。
2、掌握LabVIEW图形化编程方法，编写直流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、实验设备与器件计算机、NI ELVIS II多功能虚拟仪器综合实验平台、LabVIEW软件、万用表、12V直流电机、光电管，电阻、导线。
三、实验原理直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期。
将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID 控制器输出控制电压，通可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。
四、实验过程（1）在实验板上搭建出电机转速光电检测电路将光电管、直流电机安装在实验板上的合适位置，使得直流电机的圆片恰好在光电管之中，用导线将光电管与相应阻值的电阻相连，并将电路与相应的接口相连，连接好的电路图如下。
（2）编写程序，实现PID控制SP为期望转速输出，是用户通过转盘输入期望的转速；PV为实际测量得到的电机转速，通过光电开关测量马达转速可以得到；MV为PID输出控制电压，将其接到“模拟DBL”模块，实现控制电源产生所需的直流电机控制电压。
通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，实现对直流电机转速的控制。
编写的程序如下图所示五、调试过程及结果PID参数调整如下时，系统出现了振荡现象，导致了系统的不稳定。
于是将参数kc调小，调整后的参数如下：系统出现了一定程度的超调，不满足实际的应用。
继续将Ti参数调大，并加入移位寄存器，对转速测量值取滑动平均，得到较为理想的系统输出。
-全文完-。
开题报告 关于直流电动机
毕业设计/论文开题报告课题名称基于PROTEUS的直流电机调速系统仿真设计类别毕业设计系别机电与自动化学院专业班电气工程及其自动化0706班姓名加珣评分指导教师吴雯华中科技大学武昌分校华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告学生姓名加珣学号20071131259专业班级电气0706系别机电与自动化学院指导教师吴雯职称工程师课题名称基于PROTEUS的直流电机调速系统仿真设计1课题设计的目的和意义1.1课题设计的目的Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
直流电机虽不需要其它的设备来帮助调速，但自身的结构复杂，制造成本高；在大功率可控晶闸管大批量使用之前，直流电动机用于大多的调速场合。
直流调速系统具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，至今都是自动调制系统的主要形式。
电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。
采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。
简单的微处理器控制电机，只需利用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。
对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。
1.2课题设计的意义直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。
随着单片机的发展，数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。
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。
直流电动机转速控制系统设计开题报告
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
直流电机控制算法的研究与实现的开题报告
直流电机控制算法的研究与实现的开题报告一、选题背景和意义直流电机是一种常见的电动机种类，广泛应用于机械、工业、汽车、船舶、航空等领域。
随着现代控制技术的迅猛发展，直流电机的控制器件性能越来越精密、复杂，因此，如何设计一套有效、实用的直流电机控制算法技术已经成为研究的热点之一。
本研究拟通过系统地研究直流电机的控制原理、控制方法与控制器件性能等关键技术，设计并实现一套实用型的直流电机控制算法，为进一步推动直流电机技术的发展与应用提供科学依据和技术支撑，起到积极推动的作用。
二、研究内容1. 系统综述直流电机的基本原理、操作特性及其应用领域；2. 深入探讨直流电机控制算法的理论与实践问题；3. 研究常见的直流电机控制算法(Armature Control, Field Control, Chopper Control, PWM Control等)的工作原理、特点和适用范围，比较不同算法的优缺点；4. 基于所选控制算法的特点，设计相应的电路结构和数据处理算法，将其应用到实际的直流电机控制中；5. 针对实际应用中出现的问题，分析原因，提出优化方案。
三、研究方法1.理论方法：通过学习、总结和分析学术文献和经典著作，理解直流电机控制的基本原理、方法和技术；2.实验方法：根据设计思路，建立实验平台，对所选的算法进行实践验证，不断优化算法设计；3. 数据处理方法：采用MATLAB,python等软件、工具进行数据处理、实验数据分析与算法实现。
四、研究计划与进度安排主要任务计划进度实际进度文献综述 1周已完成直流电机基本原理及操作特性综述 2周已完成直流电机控制算法综述与分析 2周已完成设计算法方案及实验平台搭建 3周已完成算法实践验证、结果分析和提出方案 7周进行中论文撰写和形成 3周留出时间安排五、预期研究成果1. 深入了解并掌握直流电机控制算法的基本理论和概念；2. 设计实用型的直流电机控制算法，并通过实验验证其稳定性、性能以及应用价值；3. 比较常用直流电机控制算法的优缺点，提出本文实现的直流电机控制算法的优化方案；4. 最终完成一篇具有高水平的学术论文，为直流电机控制算法研究提供一定的参考和借鉴意义。
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（1）收集直流伺服电动机调速系统的相关资料；
（2）对所收集的资料进行分析总结，完成直流伺服电动机调速系统的硬件系统的总体方案设计。
5.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）
指导教师：
年月日
6.教研室审查意见：
教研室主任：
年月日
（6）显示器：采用了共阴极的数码管；
2.2.2信号流程分析
（1）检测电机的转速，并显示出来。
（2）单片机通过定时器每隔一定的时间对中断进行一次刷新，所记的数即电机的转速，经过滤波处理后送数码管显示。
（3）控制电路是一个键盘，送入CPU后，经软件处理，产生相应的功能。键盘设计一个加速键、一个减速键，当按下加速键后，经软件处理，使电机速度增加，反之减速。
1.2研究意义
长期以来，直流调速拖动系统具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，并且性能指标优于交流调速系统，所以直流调速系统一直在调速系统领域内占重要位置。在工程实践中，有许多生产机械要求一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。而直流伺服电机分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机，有刷直流伺服电机调速范围宽、具有良好的稳定性，低速时速度的平稳性；具有调速特性硬，能承受频繁的启动、制动和正反转，成本低。对一些普通工业和民用场合他们对成本比较敏感，因此设计能方便进行无级调速且有着良好调速特性、成本低的直流电机调速系统有很重要的意义。
２．本课题的主要内容和拟采用的研究方法或措施
2.1课题主要内容
1）直流伺服电动机调速系统总体方案设计，要求给出电路框图；
2）自动模式软件分系统设计，通过改变A/D输入端可变电阻来改变，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速，给出流程框图；
3）手动模式软件分系统设计，在键盘上设置两个按键——①直流电动机加速键；②直流电动机减速键。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速均按照约定的速率改变。给出流程框图。
（3）光电采集反馈系统：以光电对管为核心，主要完成对电机端转速的采样，送单片机处理，确保输出信号在运行期间变化缓慢或保持恒定；
（4）人机接口电路:实现人机对话的功能，它包括键盘输入电路，可以输入控制指令，4位的LED显示器将最终经单片机处理的信号显示，记录下来，以供参考或调用；
（5）键盘：采用点触按键，按键附近有滤波电篇，不少于8000字；
3.2完成直流电机调速系统的系统框图、电气原理图；
3.3完成直流电机调速控制系统的软件系统流程图并提供原件明细表。
4．本课题的重点及难点，前期已开展工作。
重点：直流伺服电动机调速系统的设计。
难点：控制电路、驱动电路设计以及控制软件的编写。
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。
2.2研究方法
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。