直流电机调速控制器
无刷直流电机调速系统的控制原理
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《直流调速控制系统》课件
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
直流电机调速器接线图【图解】
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，直流调速器由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备——直流调速器具有广阔的应用天地。
直流调速器接线图1、不隔离型（仅指BL产品）a、外部电位器连接方式：使用一个2W/10K 电位器控制驱动器调速，按照下图进行接线。
安装方法：电位器的连接说明（BL产品）：注意1、驱动器所提供的5V输出电压，因电流较小（5mA），所以不能外接其它负载（如：数显表、指示灯等），否则造成驱动器的损坏。
2、为了减少不必要的电子信号干扰，应尽量缩短速度调节电位器的连线长度，当连线超过0.5m时，必须使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
b、外置VID连接方式：0-5V，0-10V，4-20mA 控制信号经过专用隔离器转换后连接到VID接口，每种控制应用只能使用一种控制信号进行控制。
订货时需要说明控制方式。
外置VID隔离器（另配）的连接使用请参考下图所示：注意外置VID接口线若过长，请务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
2、隔离型：（仅指AL产品）对于AL隔离型产品，使用0-5V，0-10V或4-20mA的外部标准信号控制连接方式见下图所示。
每种控制应用只能使用一种控制信号进行控制。
订货时需要说明控制方式。
注意1、标准信号输入务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
2、以上控制方式的连接，只能选用一种方式连接，不能同时连接几种方式。
3、所有控制信号的连线务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
使能控制：INHIBIT使能控制连接：该控制方式可通过一个“使能线路”来进行控制器输出的停止和开启控制如下图所示：也可以使用一个集电极开路（NPN）来代替开关进行控制。
当“使能控制端”两端闭合时，控制器内部电路会迅速（取ACCEL设定值）提升马达转速，直到MAX SPD设定值上。
当“使能控制端”两端断开时，控制器内部电路会快速降低马达转速，直到马达停止运转。
【注】当控制距离较长时，请采用转换传输（就近连接）方式，使能控制的连线务必使用屏蔽线，屏蔽网单端接地。
无刷直流电机控制器使用说明书
1无刷直流电机控制器使用说明书
该控制器适用于直流12V/24V、功率200W 以下、转速30000转以内、电气相位为60°/120°的直流无刷电动机。
主要特点：
霍尔传感器解码、电子换相、适用于电气相位为60°/120°的无刷直流电机。
PWM 无级调速，调速范围为额定转速的10%-100%。
提供了开环和闭环两种速度检测方式。
控制方式：启动/停止、制动/运转、正转/反转。
保护功能：过流保护、欠压保护、短路保护、过热保护、电机堵转保护、传感器错相保护。
使用注意事项：
1、电源一定不能接反，否则会损坏电机控制器。
2、电机的各相及检测线必须和控制器正确连接，否则电机无法正常运转。
3、PR1为力度调节电位器，顺时针调节为力度增加，逆时针调节为力度减小；
PR2为速度调节电位器，顺时针调节为速度减小，逆时针调节为速度增加。
4、调节力度、速度电位器时，请用小一字螺丝刀微调多圈。
- 接直流电源正极 - 接直流电源
地 - 接电机绕组A (粗
白线)- 接电机绕组B (粗蓝线)- 接电机绕组C (
粗绿线)- 接红色线(细线) - 接黑色线(细线) - 接电机相位检测器A
(细白线) - 接电机相位检测器B (细蓝线) - 接电机相位检测器C
(细绿线
)
- 接地线(停止)、悬空(运- 未定义 - +15V 电源
- 接地线(正转
)
、
悬
空
(
反- 故障
输出-
地线
电源
指示灯 故障指示灯 - 地线- 接地线(运转)、悬空(制。
普通直流电机调速控制方法
普通直流电机调速控制方法哎呀，说起直流电机调速控制，这玩意儿听起来挺高大上的，其实呢，就跟我们平时调电风扇的风速差不多，只不过这玩意儿更精细，更复杂一些。
首先，咱们得明白直流电机是怎么转起来的。
简单来说，就是给电机通电，电流通过电机的线圈，产生磁场，然后磁场推动电机转起来。
就像你拿个磁铁靠近一个铁块，铁块就会被吸过去一样。
调速呢，就是控制电机转得快还是慢。
这就好比你控制电风扇的风速，你想让风大点就调高，风小点就调低。
直流电机调速，一般有两种方法：一种是改变电压，另一种是改变电流。
先说电压调速吧。
这就像你给电池充电，电压高了，电池就充得快，电压低了，就充得慢。
直流电机也一样，你给电机的电压高了，它转得就快，电压低了，它转得就慢。
但是电压不能随便调，得有个控制器，就像你给手机充电，得有个充电器一样。
电流调速呢，就是控制通过电机线圈的电流大小。
电流大了，磁场就强，电机转得就快；电流小了，磁场就弱，电机转得就慢。
这跟电压调速有点像，但是原理上有点不同。
电流调速更精细一些，因为它能更精确地控制电机的速度。
说到控制器，这就得提提PID控制器了。
PID控制器就像个智能管家，它能根据电机的实际转速和我们设定的目标转速，自动调整电压或电流，让电机的转速达到我们想要的速度。
PID控制器有三个参数：P、I、D。
P就是比例，I是积分，D是微分。
这三个参数调好了，电机的转速就能控制得非常准确。
举个例子吧，我有一次在实验室里调试一个小型的直流电机，用来驱动一个小型的传送带。
一开始，电机转得飞快，传送带都快飞起来了。
我得慢慢调PID参数，先调P，让电机的转速稳定下来，然后再调I和D，让转速更平滑，更准确。
这个过程挺考验耐心的，因为参数调得不对，电机要么转得太快，要么转得太慢，甚至还会停转。
最后，经过一番折腾，我终于调出了一个满意的速度。
传送带稳稳地运行着，就像一个老师傅在悠闲地泡茶，不急不慢，恰到好处。
所以你看，直流电机调速虽然听起来复杂，但其实跟我们日常生活中的很多东西都有相似之处。
直流调速系统工作原理
直流调速系统工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠直流调速系统的工作原理，这可超有趣的呢！咱先得知道啥是直流调速系统。
简单来说呀，就是能让直流电机按照我们想要的速度去转的一套东西。
直流电机就像个听话的小宠物，不过要让它乖乖听话，按照我们的想法调整速度，就得靠这个直流调速系统啦。
直流调速系统里有个很关键的部分，那就是控制器。
这个控制器就像是小电机的大脑，它决定着电机转多快。
想象一下，你要是在指挥一个小机器人跳舞，你就是这个控制器，你让机器人快它就得快，让它慢就得慢。
控制器通过改变电压或者电流来实现对电机速度的控制。
比如说，你想让电机转得快一点，控制器就会把电压或者电流调得大一些。
这就好比你给小宠物多喂点食物，它就更有力气跑快一点啦。
那控制器怎么知道要给多少电压或者电流呢？这里面就涉及到反馈啦。
就像你在扔球给小伙伴的时候，小伙伴会给你个信号告诉你他接到球了没，电机也会给控制器反馈信息。
电机有个测速装置，这个测速装置就像是电机的小嘴巴，它会告诉控制器：“我现在转得多快啦。
”如果电机转得比我们想要的速度慢了，控制器就会加大电压或者电流，就像你在后面推一把小宠物，让它跑快点；要是电机转得太快了，控制器就会减少电压或者电流，就像拉一下小宠物的缰绳，让它慢下来。
再来说说直流调速系统里的功率放大器。
这个功率放大器就像是个大力士。
控制器给的信号可能比较微弱，就像个小瘦子没什么力气。
功率放大器的作用就是把这个微弱的信号变得强大起来，这样才能有足够的力量去驱动直流电机。
它就像是把小瘦子变成了大力士，然后这个大力士就能轻松地推动电机按照我们想要的速度转动啦。
直流调速系统还有个保护装置呢。
这就像是给整个系统穿上了一层铠甲。
因为有时候可能会出现一些意外情况，比如说电压突然变得特别高或者电流突然变得特别大。
这时候保护装置就会启动，就像铠甲挡住了敌人的攻击一样，防止电机或者其他部件被损坏。
这就很贴心啦，就像有个小卫士在时刻守护着这个直流调速系统。
他励直流电动机的调速【精品-PDF】
他励直流电动机的调速【精品-PDF】直流电动机是一种重要的电动机类型，广泛应用于各种机械和工业设备中。
直流电动机有广泛的应用范围，从家用电器到工业机械，都有其使用的市场。
直流电动机的特点是其调速性能非常优越，可以实现比其他电动机更好的速度控制。
因此，在各种应用中，调速技术是直流电动机使用中关键的一个因素。
本文将重点介绍直流电动机的调速技术，包括直流电动机的调速控制器、调速方法以及相关技术应用等方面的内容，以帮助读者了解直流电动机和其调速技术。
一、直流电动机及其调速直流电动机是一种可以将电能转换为机械能、实现运动的电动机，其构造简单，使用方便，广泛应用于各种机械和工业设备中。
直流电动机的转速高、速度调节范围大，并且可以实现快速反应，因此被用于需要精确控制转速的系统中。
直流电动机有以下几个特点：（1）调速性能好：直流电动机的转速可以通过改变电枢电流大小或改变励磁电流大小调节，因此其调速性能非常优越，可以实现比其他电动机更好的速度控制。
（2）启动性能好：直流电机启动时，电枢和励磁电流都比较小，在其转速上升之前可以承受一段时间较大的负载，具有启动性能好的特点。
（3）负载能力强：直流电机的负载能力强，可承受瞬时负载、过载和其他恶劣的工况条件。
（4）电机效率高：直流电机效率高，因为在高负载时，电机磁通强、因而转子铜损耗小，从而水平轴的效率高。
直流电动机可以通过两种方式进行调速：改变电枢电流大小、改变励磁电流大小。
（1）改变电枢电流大小当直流电机的励磁电流保持不变时，电枢电流决定了电机的转矩大小，从而对电机的速度和负载产生影响。
当电枢电流增加时，可以增加电机的转矩和速度，当电枢电流减小时，可以降低电机的转矩和速度。
3.直流电动机的调速控制器为了控制直流电动机的转速，需要使用一个调速控制器。
调速控制器是电子电路装置，以实现直流电动机的调速控制为目的，能够根据需求变化，控制直流电机的运行状态和输出功率。
例如，当直流电机需要解决急剧变化的工作负荷时，调速控制器可以根据工作要求，自动调节电机运行状态，以输出恰当的功率。
5v直流电机调速电路设计ad设计及其原理
5v直流电机调速电路设计ad设计及其原理
为了设计一个5V直流电机的调速电路，我们可以使用一个无刷直流电机（BLDC motor），以及一个电子调速器（ESC）来控制电机的转速。
基本原理是通过调整输入给电机的电压来改变电机的转速。
通常情况下，直流电机的转速与输入电压之间存在线性关系。
因此，我们可以通过调整输入电压的大小来实现对电机转速的调节。
以下是一个简单的5V直流电机调速电路设计及其原理：
1. 材料准备：
- 5V直流电机
- 电子调速器（ESC）
- Arduino或其他微控制器
- 电源（可选择5V电源）
2. 连接电机和电子调速器：
- 将电机的电源线连接到电源的正极，将电机的地线连接到电源的负极。
- 将电机的三个相线（A、B、C）连接到电子调速器的对应引脚。
3. 连接电子调速器和微控制器：
- 将电子调速器的信号线连接到微控制器的数字引脚。
这个信号线用于发送控制电机转速的指令。
4. 编程微控制器：
- 使用Arduino或其他微控制器来编写调速程序。
- 根据需要，使用PWM信号模拟模式或其他相应的驱动方式编程。
5. 控制电机转速：
- 在程序中，使用微控制器发送PWM信号控制电子调速器的输入电压。
通过调整PWM信号的占空比（即高电平持续时间占整个周期的比例）来调整电机的输出转速。
通过这样的设计，我们可以实现对5V直流电机的精确调速。
这种设计可以应用于许多需要对电机转速精确控制的场合，如机械设备、机器人、无人机等。
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2016~ 2017 学年第 1 学期《数字系统设计》课程设计报告题目：直流电机调速控制器设计专业：电子信息工程班级： 14信息2班姓名：朱世界张成哲李昌峰彭宇洪日波指导教师：周珍艮电气工程系2016年11月27日1、任务书摘要在现代工业生产中电机是不可或缺的，电机分为交流电机和直流的电机，而直流电机的主要优点是能够在较大的范围内调速，因此直流电机在生产和生活中也得到广泛的应用。
直流电动机转速的控制方法可分为俩类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
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电压的接通和断开的时间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。
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。
并且结合VHDL语言实现硬件设计软件化。
关键字：PWM，直流电机，VHDL目录第一章方案设计 ............................................................................... - 5 -1.1 直流电机基本结构 (5)1.2 直流电机调速原理 (5)1.3 基于FPGA的直流电机调速方案 (6)第二章直流电机PWM调速控制电路设计 (8)2.1 总体设计 (8)2.2 系统工作原理 (8)2.3 电源电路设计.......................................................................................... - 9 - 第三章控制逻辑VHDL描述 . (10)3.1 FPGA内部逻辑组成 (10)3.2 PWM脉宽调制信号产生电路描述..................................................... - 11 -3.3 运行控制逻辑电路描述........................................................................ - 15 - 第四章直流电机PWM调速系统仿真.......................................... - 17 -4.1 正/反转控制仿真 .................................................................................. - 17 -4.2 仿真结果分析 (17)总结 (19)参考文献.............................................................................................. - 20 -第一章方案设计1.1 直流电机基本结构直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。
固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场，由于转子由一系列电磁体构成，当电流通过其中一个绕组时会产生一个磁场。
对有刷直流电机而言，转子上的换向器和定子的电刷在电机旋转时为每个绕组供给电能。
通电转子绕组与定子磁体有相反极性，因而相互吸引，使转子转动至与定子磁场对准的位置。
当转子到达对准位置时，电刷通过换向器为下一组绕组供电，从而使转子维持旋转运动。
直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。
由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。
直流电机高效运行的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。
电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。
特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。
1.2 直流电机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1.1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1.2所示。
最大值Vmax 平均值Vd 最小值Vmin图1.1 PWM 调速原理(V)1(D)图1.2 平均速度和占空比的关系由图1.2所示可以看出，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。
1.3 基于FPGA 的直流电机调速方案FPGA图 1.3 基于FPGA的直流电机调速系统如图1.3所示为基于FPGA的直流电机调速方案的方框图，用FPGA产生PWM波形，只需要FPGA内部资源就可以实现，如数字比较器、锯齿波发生器等均为FPGA内部资源，我们只要直接调用就可以。
外部端口U_D、EN1、Z/F、START接在键盘电路上，CLK2和CLK0接在外部时钟电路上，所用到的时钟频率为100MHz和50MHz，其具体的连接方式如图2.1。
其工作原理是：设定值计数器的设置PWM的占空比。
当U/D=1时,输入CLK2,使设定值计数器的输出值增加, PWM的占空比增加,电机转速加快;当U/D =0时，输入CLK2，使设定值计数器的输出值减小,PWM的占空比减小,电机转速变慢。
在CLK0的作用下,锯齿波计数器输出周期性线性增加的锯齿波。
当计数值小于设定值时,数字比较器输出高电平;当计数值大于设定值时,数字比较器输出低电平,由此产生周期性的PWM波形。
旋转方向控制电路控制直流电动机转向和启/停,该电路由两个2选1的多路选择器组成,Z/F键控制选择PWM波形是从正端Z进入H桥，还是从负端F进入H桥，以控制电机的旋转方向。
当Z/F=1时，PWM输出波形从正端Z进入H 桥，电机正转。
当Z/F =0时，PWM输出波形从负端F进入H桥，电机反转。
Start键通过“与”门控制PWM输出,实现对电机的工作停止/控制。
当START=1时，与门打开，允许电机工作。
当START=0时，与门关闭，电机停止转动。
H桥电路由大功率晶体管组成，PWM输出波形通过方向控制电路送到H 桥, 经功率放大以后对直流电机实现四象限运行。
并由EN1信号控制是否允许变速。
第二章直流电机PWM调速控制电路设计2.1 总体设计如图2.1所示，基于FPGA的直流电机PWM控制电路主要由四部分组成：控制命令输入模块、控制命令处理模块、控制命令输出模块、电源模块。
键盘电路、时钟电路是系统的控制命令输入模块，向FPGA芯片发送命令，FPGA芯片是系统控制命令的处理模块，负责接收、处理输入命令并向控制命令输出模块发出PWM信号，是系统的控制核心。
控制命令输出模块由H型桥式直流电机驱动电路组成，它负责接收由FPGA芯片发出的PWM信号，从而控制直流电机的正反转、加速以及在线调速。
电源模块负责给整个电路供电，保证电路能够正常的运行。
图2.1 FPGA直流电机PWM 控制电路2.2 系统工作原理在图2.1中所示的FPGA是根据设计要求设计好的一个芯片，其内部逻辑电路如图3.1。
START是电机的开启端，U_D控制电机加速与减速，EN1用于设定电机转速的初值，Z_F是电机的方向端口，选择电机运行的方向。
CLK2和CLK0是外部时钟端，其主要作用是向FPGA控制系统提供时钟脉冲，控制电机进行运转。
通过键盘设置PWM信号的占空比。
当U_D=1时, 表明键U_D按下，输入CLK2使电机转速加快；当U/D =0，表明键U_D松开,输入CLK2使电机转速变慢，这样就可以实现电机的加速与减速。
Z_F键是电机运转的方向按键，当把Z_F键按下时，Z_F=1，电机正转；反之Z/F =0时，电机反转。
START是电机的开启键，当START=1，允许电机工作；当START=0时，电机停止转动。
H桥电路由大功率晶体管组成，PWM输出波形通过由两个二选一电路组成的方向控制电路送到H 桥, 经功率放大以后对直流电机实现四象限运行。
并由EN1信号控制是否允许变速。
2.3 电源电路设计由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源时会影响系统的正常工作，所以我们选用双电源供电。
一组5V给控制电路供电，另外一组12V给电机供电。
如图3.8所示。
电源部分分为两路，一路直接提供12伏的直流电源，主要是提供给电机使用，另一路通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给键盘电路和时钟电路使用，右边两个电容是5伏电源的滤波电容，绿色的LED 作为工作指示灯，只要电源部分正常，绿色的LED就会点亮，我们可以根据这个LED来判断整个电源部分是否工作正常。
DCVin Vout GNDVin Vout GNDc3470μFC40.1μFC50.1μFC610μFC710μFC80.1μF7812+12+578052.8 电源电路第三章 控制逻辑VHDL 描述3.1 FPGA 内部逻辑组成图3.1 FPGA 直流电机PWM 控制电路由图3.1可以看出电机控制逻辑模块由PWM脉宽调制信号产生电路、方向控制电路组成。
其中PWM脉宽调制信号产生电路由可控的加减计数器CNTA、5位二进制计数器CNTB、数字比较器LPM_ COMPARE三部分组成，方向控制电路由两个二选一电路21MUX组成。
3.2 PWM脉宽调制信号产生电路描述PWM脉宽调制信号产生电路由可控的加减计数器CNTA、5位二进制计数器CNTB、数字比较器LPM_COMPARE三部分组成。